Home

contextualização e análise de requisitos

Contents

1. l Aumento da fatia de energia produzida recorrendo a fontes renov veis Evitar o recurso a centrais mais caras para fazer face a aumentos repentinos da Adiamento do investimento em novas centrais Adiamento do investimento em novas infra estruturas procura Preserva o dos recursos do territ rio e da paisagem Redu o das emiss es A Figura 5 Influ ncia das estrat gias de controlo de cargas 16 De modo a promover altera es nos padr es dos consumos necess rio por um lado identificar as cargas que podem ser usadas nesse tipo de ac es e por outro lado que tipo de ac o pode ser usado em cada carga Sistemas de aquecimento el ctrico de gua ar condicionado aquecimento ambiente el ctrico e frigorificos no caso do sector residencial 17 18 s o exemplos de cargas alvo de medidas de que podem ser controlo desvio reparametriza o Outras cargas como os sistemas audiovisuais e a ilumina o n o s o candidatas a estas estrat gias uma vez que o seu uso se prende com o bem estar dos consumidores naquele momento Assim cargas a que esteja associada alguma capacidade de armazenamento de energia e em que exista uma dissocia o entre o consumo de energia e a utiliza o dos servi os de energia associado carga caso dos termoacumuladores e dos equipamentos
2. 123465 6 7 8 9 1011121314 16 1617 18 19 20 21 22 2324 Horas Figura 18 Diagrama de carga m dio das m quinas de lavar roupa 22 4 1 4 M quinas de secar roupa A taxa de posse das m quinas de secar roupa em Portugal relativamente baixa cerca de 13 e s o geralmente usadas ap s o final do ciclo de lavagem das m quinas de roupa Figura 19 sendo a maior parte da energia el ctrica consumida no processo de aquecimento Figura 20 24 Pot ncia MW 1231456789 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 222324 Horas Figura 19 Diagrama de carga m dio das m quinas de secar roupa 22 Pot ncia W 32 2 88 S 8 8 8 E o 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 Tempo minutos Dryer Energy Consumption Profile 7 0 6 0 50 o 4 0 Heater Off 2 3 0 Heater On Tumble On 3 2 0 Le n 0 0 0 00 0 05 0 10 0 15 0 20 0 25 0 30 0 35 Time hh mm Figura 20 Ciclos t picos de uma m quina de secar roupa 22 33 O desvio destas cargas depende da aceita o dos consumidores tal como no caso anterior 4 1 5 M quinas de lavar lou a As m quinas de lavar lou a t m uma taxa de penetra o significativa no sector residencial tendo passado dos 30 em 1997 22 para os 70 em 2005 26 e s o geralmente usadas no per odo que se segue s refei es com maior incid ncia no per odo da noite Figura 21 Este tipo de carga apresenta um grande potencial de controlo nomeadamente o des
3. Solar CPV Solar CSP Micro Mini gera o Nota CPV Concentrated Photovoltaics CSP Concentrated Solar Power E lica Onshore Tempo Aproveitamento da Aproveitamento do i Aproveitamento do gua Vento Sol Figura 43 Vagas de desenvolvimento da Pol tica de Renov veis em Portugal 57 O aumento da quantidade de energia produzida a partir de fontes renov veis nomeadamente e lica e solar Figura 44 Figura 45 e Figura 46 tem colocado por vezes quest es de poss veis perturba es na rede como o decremento da qualidade de servi o da energia evidenciadas pelo seu car cter vari vel 45 GWh 60 000 50 000 40 000 30 000 20 000 10 000 0 t T r T r o doi ma w ont ms wor DH OS SSssssssssseeseseseegsgs8 N N N N N N N N N N N N N N N N N N N N N Consumo total Saldo Importador T rmica Cl ssica Cogera o Grande H drica E lica Outra renov vel Figura 44 Contribui o do saldo importador e das v rias tecnologias para o consumo de energia el ctrica em Portugal 58 GWh 16 000 14 000 12 000 10 000 8 000 6000 4 000 2 000 0000o 00t Concoeananasa ee 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 Grande H drica corrigida PCH corrigida E lica eeeeee Grande H drica PCH Solar Biomassa Geot rmica Nota PCH pequenas centrais h
4. r A E M g lavar roup EA 3150000 Dx a Dr 7 ETA DE ECA VE fae eor E Inform tica 30 1050000 GA 31 q lt i tt ETTA TRT AT 125 A Condeienade JA 5 T5000 E a a a a a Outros i eee oO ETTA Taxa de posse dos Consumo dos equipamentos e Equipamentos Consumo dos equipamentos que podem ser de equipamentos ligados de acordo com a hora do dia t picos do idades Sp em reagendados m quinas de lavar e secar sector uncionamento Consumo dos residencial correspondentes normal incluindo equipamentos os equipamentos que podem ser que n o podem reparemetrizados ser controlados A C e reparametriz veis termoacumulador nas horas de es em fun o das cheio C e de horas de cheio C vazio V e de vazio V Figura A 1 Simulador desenvolvido no Excel tabela respeitante aos dados de entrada 0 de consumidores com sistema de gest o Tabela com os dados de entrada Tabela com as quantidades de equipamentos Tabela com os consumos dos equipamentos do tipo O Tabela com os consumos dos equipamentos do tipo 1 Tabela com os consumos dos equipamentos do tipo 2 Ilumina o 3500000 101 Frigorificos 3850000 Audiovisuais Arcas congelador 1750000 130 130 130 73 73 33 3500000 93 130 33 Mag lavar roup 3150000 Mag secar roupa 420000 EEE ETR E T 370 370 Inform tica 1050000 Frigorificos 28280000 1470000 1015000 700000 5950
5. 73 e contribuir para a utiliza o eficiente de energia e assegurar a supervis o e a qualidade de servi o 11 2 Desenvolvimento dos algoritmos para controlo do recursos energ ticos Para que seja poss vel a implementa o de um sistema de gest o integrada de recursos necess rio o desenvolvimento de algoritmos adequados baseados em t cnicas de investiga o operacional para apoio decis o com capacidade de aprendizagem e capazes de levar em conta tamb m a quest es de operacionalidade e facilidade de adop o A operacionalidade engloba n o s a necessidade de um adequado interface Homem m quina mas tamb m requisitos m nimos de informa o de input ou de interven o do utilizador com perturba es m nimas ou nulas nas actividades ou trabalhos em curso associados ao servi o de energia A penetra o em larga escala deste conceito com a inerente adop o de tecnologias e metodologias a ele associadas levar necessidade de adoptar estrat gias agregadoras de gest o conjunta quer com objectivos de maximizar o potencial impacto da massifica o do conceito quer para evitar potenciais impactos negativos que estrat gias de gest o individual possam acarretar Antes do desenvolvimento dos algoritmos importante identificar o n vel de agrega o a que se pretende trabalhar e o cliente alvo produtor distribuidor consumidor Em rela o ao n vel de agrega o podem ser considerados dois n veis
6. Tabela com os consumos dos equipamentos do tipo O Tabela com os consumos dos equipamentos do tipo 1 Tabela com os consumos dos equipamentos do tipo 2 es Ilumina o 3500000 Frigorificos 3850000 3150000 sol fx col Is N Mag lavar roupa Mag lavar lou a 1050000 1050000 225 525000 226 28280000 1470000 1015000 700000 595000 560000 420000 630000 345000 108501 N 92400000 3850000 3850000 3850000 3850000 3850000 3850000 3850000 3850000 385000 1120000 1015000 Mag lavar lou a 40320000 2205000 1470000 1295000 42000000 1750000 1750000 1750000 1750000 1750000 1764000 63000 63000 31500 ao Ss 945000 945000 1750000 SS Mag secar roupa 903000 84000 a 10500 S 243600 8400 7556 13408500 630000 ES EE 388500 357000 378000 338500 7350000 seast 5653 fts 3392 ds Ee tita 113078 E 22615 Em 339230 76921 A 175000 H Mig lavar roupa Mag lavar lou a Mag lavar lou a Mag secar roupa Ilumina o Frigorificos M q lavar roupa Mag lavar lou a Tabelas de apoio para o c lculo dos consumos dos equipamentos do tipo 3 Tabela com os consumos dos equipamentos do tipo 3 Tabela com os consumos totais de acordo coma percentagem de ades o llumina o E gt gt gt gt a gt gt Frigorifico J
7. 17 Broeer T e Djilali N FutureGrid BC s Energy Options in a Changing Environment Defining Demand Side Management s l Institute for Integrated Energy Systems University of Victoria June 2010 18 Gomes A Martins A Gomes e Figueiredo R Simulation based assessment of electric load management programs International Journal of Operational Research 1999 23 pp 169 181 19 Gellings C The Concept of Demand Side Management for Electric Utilities Proceedings of the IEEE October 1985 Vol 73 10 20 Charles River Associates Primer on Demand Side Management with an emphasis on price responsive programs February 2005 21 Gomes A Antunes C H e Martins A G A Multiple Objective Approach to Electric Load Management Using an Interactive Evolutionary Algorithm JEEE Transactions on Power Systems 2007 Vol 22 3 pp 1004 1011 22 DGGE IP 3E Efici ncia energ tica em equipamentos e sistemas el ctricos no sector residencial Lisboa s n 2004 23 Hamacher T et al Integration of large scale wind power into the grid Barcelona Power Gen Europe 2004 24 New Principles for Demand Response Planning s l EPRI Palo Alto CA March 2002 EP P6035 C3047 25 U S Department of Energy Benefits of Demand Response in Electricity Markets and Recommendations for Achieving Them February 2006 26 de Almeida A e Fonseca P Residential monitoring ti decrease energy use and carbon emission
8. 3676400000 131100000 131950000 31000000 77350000 72800000 54600000 81900000 Frigorificos 7299600000 304150000 304150000 304150000 304150000 304150000 304150000 304150000 Audiovisuais Arcas congeladoras Mag lavar roupa 0 2 0 3749760000 205065000 1 1 1 TST S II 2 3360000000 140000000 136710000 140000000 23310000 120435000 140000000 11655000 104160000 140000000 0 94395000 87885000 87385000 140000000 140000000 140000000 o 0 M q lavar lou a 23310000 15540000 0 7770000 0 7770000 Mag secar roupa Inform tica cee7z000 Fo 3016912500 141750000 1661100000 51110769 23 103250000 0 O 137025000 1277769231 0 0 34500000 7666615 385 1676000 87412500 5111076 923 0 0 80325000 85050000 87412500 11676000 0 0 127776923 2555538462 51107692 76666153 95 0 0 0 0 357522308 _374744615 4 __331089231 _274833346 2 12020455 8579440000 668220000 62160000 Perera preen Ready Charti Rascunho 677208000 23352000 Folhal Ar codicionado Casa LI 5388492308 438352307 7 pO m 4344333846 392188923 Figura A 2 Consumos por tipo de cargas e consumo total com 0 de ades o ao sistema de gest o 70 de consumidor com sistema de gest o Tabela com os dados de entrada Tabela com as quantidades de equipamentos
9. Ana Raquel Gon alves Soares GEST O INTEGRADA DE RECURSOS ENERG TICOS CONTEXTUALIZA O E AN LISE Mestrado em Energia para a Sustentabilidade 2011 UNIVERSIDADE DE COIMBRA UNIVERSIDADE DE COIMBRA ENERGIA PARA A SUSTENTABILIDADE ENERGY FOR SUSTAINABILITY EFS Agradecimentos Os meus primeiros agradecimentos s o dirigidos ao Professor Doutor Carlos Henggeler Antunes e ao Professor Doutor lvaro Gomes que muito contribu ram e continuam a contribuir para a minha forma o Agrade o o acompanhamento cont nuo as discuss es produtivas a disponibilidade total e a constante motiva o A minha fam lia deixo um agradecimento enorme do fundo do meu cora o pelo encorajamento e por todos os momentos de descontrac o Agrade o tamb m ao David e Eunice por terem estado sempre a meu lado e pelas constantes palavras de motiva o Aua Raquel Soares Resumo As preocupa es actuais relativas aos consumos de energia el ctrica s quest es ambientais nomeadamente s emiss es de Gases de Efeito de Estufa e volatilidade dos pre os dos combust veis f sseis t m conduzido a modifica es nos Sistemas de Energia El ctrica SEE Algumas dessas mudan as foram tornadas exequ veis devido ao desenvolvimento tecnol gico designadamente nas reas e da produ o distribu da incluindo a da microgera o e do armazenamento de energia com as evolu es nas baterias e supercondensadores e
10. Mitigation Strategies in Portugal Lisboa Funda o Calouste Gulbenkian e Instituto D Luiz 2007 38 Molina A et al Implementation and assessment of physically based electrical load models application to direct load control residential programmes IEE Proceedings Generation Transmission and Distribution 2003 Vol 150 1 pp 61 66 39 Chu C e Jong T A novel direct air conditioning load control method IEEE Transactions on Power System August 2008 Vol 23 3 pp 1356 1363 40 Daikin AC Online 84 41 Wang P et al Demand Side Load Management of Smart Grids Using Intelligent Trading Metering Billing System 2010 IEEE Power and Energy Society General Meeting 2010 42 Gomes A Simula o de Cargas El ctricas no Contexto do Condicionamento da Procura de Energia El ctrica Coimbra DEE FCTUC 1995 Tese de Mestrado 43 Faruqui A Harris D e Hledik R Unlocking the 53 billion savings from smart meters in the EU How increasing the adoption of dynamic tariffs could make or break the EU s smart grid investment Energy Policy doi 10 1016 j 2010 06 010 2010 Vol 38 pp 6222 6231 44 Dados recolhidos em auditores e fornecidos pelo Professor Humberto Jorge 45 Vincent C A e Scrosati B Modern Batteries An Introduction to Electrochemical Power Sources s l Butterworth Heinemann 2003 46 Roberts B Capturing Grid Power IEEE Power and Energy Magazine 2009 Vol 7 4 pp 3
11. Transaction on Power Systems 2002 Vol 17 3 pp 621 625 96 McQueen D H O Hyland P R e Watson S J Monte Carlo simulation of residential electricity demand for forecasting maximum demand on distribution networks JEEE Transactions on Power Systems 2004 Vol 19 3 pp 1685 1689 97 The Impact of Renewable Energies in Research A view from the MIT Portugal Program Ferrao Paulo Confer ncia APREN Electricidade Renovavel 2010 2020 89 A Anexo Al Simulador O simulador desenvolvido no Excel permite ver o impacto da ades o dos consumidores ao sistema de gest o integrado de recursos Energy Box no diagrama de carga di rio Para o desenvolvimento do simulador foram tecidas determinadas considera es de acordo com fontes cred veis relativas e ao n mero de habita es e taxa de posse de equipamentos e consumos desagregados no sector residencial e consumo t pico dos diferentes equipamentos e padr o de utiliza es dos diferentes equipamentos durante as 24 horas e consequente distribui o ao longo do dia Assumiu se tamb m a exist ncia de dois per odos diferentes ao longo do dia correspondendo um s horas de vazio e o outro s horas de cheia n o sendo obrigat rio que os per odos sejam coincidentes com os usados nas tarifa bi hor ria ou que existam apenas dois blocos cont guos por dia A classifica o dos equipamentos para o grau de controlo foi estabelecida de acordo com a atribu da
12. maior contribui o do consumidor para objectivos ambientais Nivelamento da curva da procura agregada Melhoria do factor de carga Maior efici ncia econ mica e t cnica Maior satisfa o por parte dos seus clientes Concorr ncia Adiamento da necessidade de mais investimentos em novas centrais e consequentemente na rede de transporte e distribui o 81 Bibliografia 1 Schweppe F C et al Homeostatic Utility Control IEEE Transactions on Power Apparatus and Systems May June de 1980 Vols PAS 99 3 pp 1151 1163 2 Balan os Energ ticos DGEG Direc o Geral de Energia e Geologia Online 2010 www dgge pt 3 Goldman C Hopper N e Bharvir R Estimating Demand Response Market Potential among Large Commercial and Industrial Customers A Scoping Study s l Ernest Orlando Lawrence Berkeley National Laboratory January 2007 4 Bayod R jula A l A Future development of the electricity systems with distributed generation Energy 2009 34 pp 377 383 5 Four potential business cases for demand side integration De Ridder F Hommelberg M e Peeters E s l Energy Market 2009 EEM 2009 6th International Conference on the European 2009 pp 1 6 6 Shahidehpour M Editorial IEEE Transactions on Smart Grid June 2010 Vol 1 1 7 ISR Universidade de Coimbra O projecto REMODECE Online http remodece isr uc pt 8 Hahn Heiko Meyer Nieberg Sillja e Pickl Stefan Electric load forecast
13. minutos 26 Dishwasher Energy Consumption Profile Main Wash Heater Is Final Rinse Heater 1 400 A A 2 n for A 5 min on Approx 15 20 min fang SAP PP Heated Dry 21 000 Heater Is On E 800 Heater On Heater Heater On 600 On 400 200 0 s 0 00 0 08 0 16 0 25 0 33 0 41 0 49 0 58 1 06 1 14 1 23 1 31 1 39 1 48 1 56 Time hh mm Figura 22 Ciclos t picos de uma m quina de lavar lou a 22 33 4 1 6 Equipamentos Audiovisuais Os equipamentos audiovisuais apesar de terem uma elevada taxa de penetra o no sector residencial muito dificilmente podem ser vistos como cargas que possam ser desligadas ou desviadas S o equipamentos que s o usados geralmente para entretenimento n o fazendo qualquer sentido tentar antecipar ou adiar o seu uso No entanto quase todos estes sistemas t m um modo de funcionamento em repouso standby a que os consumidores recorrem muito quando n o est o a usar o equipamento na sua fun o principal por exemplo a ver televis o e que continua a consumir energia desnecessariamente Figura 23 O consumo global em modo standby representa em m dia cerca de 12 do consumo total 22 mStand by Funcionamento Reparti o do tempo 3355335255 123 45 6 7 8 9 1011 1213 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 Horas Figura 23 Utiliza o dos modos de funcionamento dos equipamentos audiovisuais e diagrama de carga m dio 22 4 1 7 Equipamentos Inform ticos Os equipam
14. resis sirna eiia 23 4 1 4 M quinas de secar roupa aries iisivescacibsseaicinsnvaisiseten cea sn sdeaea se tenncaseanadeuatien ten apdeaanebepeners 24 did M quinas de lav r OUCE ir ae pes sad dA Dent 25 4 1 6 Equipamentos Audiovisuais san ds Sassi COR Goa cbn GS 27 4A Eguipame ntos ANO MOTIGO Se eren Do eas cages ada a 27 AS Equipamentos de climatiza o siri adaga taco qndo assadas nais oaa dna dna Ada dia a 28 4 1 9 Term statos TRICIIG ONES castas iussasa a vanis a usadas Las La doada La DES a RU GLS 30 Ad MEVASSINICACAOSCAS CALDAS ecic a a Ea nd qa 30 4 3 Impacto do controlo de Cargas sas sussa rasssaa mare daia dessas cassia rasa eat es dotada ta sustaaevavedaatasesoaans 34 Di ARMAZENAMENTO de Certissa e ee st e sas Senso plata gelo 35 dido R E a E KE E T 36 5 1 1 Carregamento de baterias vanish cil oticeils pancetta tustabpactibecared Masa sitecaiaheelihetien 38 5 27 s S percondensad reS Scans ria q dg A saeco tad ccnen TE aT 41 Hor N2 Oare tat ss a ee 41 5 4 Import ncia dos sistemas de armaZenaMentO eeeseeceeeeecseececeeeeeceeeeecsteeecseeeeneeeeaees 43 6 Energias Renov veis e Microprodu o eessecesscecesseecesseeceseeeceeceecseceecseceeceeeeecneeeenaeeeaas 45 Bula ENCLOASSOLAR resort transa sao a Sa teams 47 Odd Solar JOLOVOLIGICO msurnstanin sas a aa cada dad A aba Gad eda 48 OR SONGILCTMICO scactaastei saan isso Ra sa Ra quado age woot nas para 51 0 2 ESTA BOCA ce cds cee tea Sds soe qn
15. t m um ciclo de vida elevado No que diz respeito s Ni MH apresentam uma densidade de energia mais elevada mas n o t o alta quanto as de i es de l tio Figura 35 400 Lithium Metal Li lon SPE Lead Acid NiCd NiMH Li ion klons o Q Zn MnO2 Ni MH Energy Density Wh L 3 8 o Oo Lead Acid 080100150 200 Specific Energy Wh kg Ciclo sequ ncia de carga e descarga de uma bateria Ciclo de vida numero total de ciclos de carga descarga de uma bateria mantendo uma capacidade de saida e uma efici ncia previamente definidas C rate m todo de apresentar a corrente de carga ou descarga de uma bateria em fun o da capacidade nominal da bateria C e uma bateria de 1000 mAh fornece 1000 mA numa 1 hora se descarregada taxa de 1 C e a mesma bateria descarregada a 0 5 C fornece 500 mA em 2 horas e a 2 C a mesma bateria entrega 2000 mA em 30 minutos Self discharge perda da capacidade de uma bateria em condi es de circuito aberto devido s reac es qu micas que ocorrem Taxa de descarga taxa a que a corrente el ctrica retirada da bateria expressa em Amp res Capacidade nominal carga total que pode ser armazenada e dada em Ah este par metro fornecido pelos fabricantes ap s v rios testes em que se mede a carga fornecida a uma bateria num dado per odo de tempo a uma determinada taxa de descarga e temperatura 47 Figura 35 Compara o de diferentes tecnologias 48
16. 49 3 i oe Z A 2 A capacidade nominal definida como a carga total que pode ser armazenada e dada em Ah Este par metro fornecido pelos fabricantes ap s v rios testes em que se mede a carga fornecida a uma bateria num dado per odo de tempo a uma determinada taxa de descarga e temperatura 47 37 5 1 1 Carregamento de baterias A forma de carregamento de uma bateria depende do tipo e das caracter sticas da bateria n o devendo idealmente o modo de carregamento diminuir o ciclo de vida da bateria 45 As curvas de descarga das baterias a uma taxa de descarga de C 5 s o apresentadas na Figura 36 e os efeitos da taxa de descarga no desempenho das baterias na Figura 37 Esta ltima figura mostra que a pot ncia espec fica se altera com o aumento das horas de servi o Quanto maior o declive da curva em quest o maior a reten o de capacidade com o aumento da descarga 1000 4 0 Lithium lon 3 0 sintered plate Ni Cd pocket plate 2 gt ey high rate g 10 e 5 a 145 Ni Zn o 3 Ag Zn amp punida ao x Ag Ho 1 0 r WE Ni Fe Ni H Ag Cd N Zn MnO 0 5 20 40 60 80 100 0 of capacity discharged 1 10 100 Hours of service Figura 36 Perfil de descarga de varios tipos de l Figura 37 Compara o da performance baterias a uma taxa de descarga de das baterias a 20 C 49 aproximadamente C 5 49 A maior parte das baterias podem ser c
17. A 4 Fazendo a simula o para a situa o actual em que n o existe um sistema de gest o i e 0 de ades o e para uma situa o em que essa percentagem de 70 verifica se uma diminui o do pico do consumo e um maior preenchimento do per odo entre as 2 horas e as 8 horas Este simulador permite tamb m o c lculo da poupan a para um consumidor t pico baseado nos dados de entrada e na informa o do pre o das horas de cheio e de vazio rondando essa poupan a os 5 Figura A 5 As prefer ncias dos consumidores e a energia produzida atrav s de sistemas de microgera o e consequente decis o sobre a sua venda ou consumo ou armazenamento n o est o contempladas neste simulador devido ao seu grau de dificuldade mas ser o posteriormente englobadas nos trabalhos futuros aquando da implementa o de algoritmos adequados gest o dos v rios recursos energ ticos Consumo dos equipamentos que podem ser interrompidos Grau de controlo dos Numero de E durante curtos intervalos de equipamentos habita es See nona asi t o equipamentos de frio Ham sistema de gest o AMPO EYU Paen de consumidores com E pd Defini o das horas de cheio C e de vazio V sistema de gest o C R Q R S T u v W nm 0 DOC eee e eee e e ee ee e e ee m 11 Frigorificos mz 3850000 A 1004 i mA 100x 100x A 100 3500000 J AA Arcas congelad E 50 1750000
18. A evolu o em torno dos ve culos h bridos e el ctricos a necessidade de encontrar alternativas aos combust veis f sseis a forte aposta nas energias renov veis e na gera o local as tarifas vari veis de acordo com a procura e a disponibilidade de energia possibilitam um novo paradigma que assenta na procura vista como um recurso flex vel A procura apresenta tipicamente picos em determinados per odos hor rios tendo se vindo a apostar na Utiliza o Racional de Energia Cap tulo 3 e em ac es de demand response Cap tulo 3 1 para tornar esta curva mais plana A possibilidade de tratar a procura como um recurso flex vel Figura 57 permite o enchimento de vales e corte de picos e o seu ajustamento produ o de energia proveniente de fontes renov veis load load 0 Hours 24 0 Hours 24 Figura 57 A procura vista como um recurso flex vel 30 As altera es que se t m verificado no sistema tradicional de transporte e distribui o de energia d o se no sentido de uma rede inteligente 72 A Smart Grid um conceito recente de rede de distribui o de energia el ctrica em que a sua gest o est a cargo de sistemas distribu dos que efectuam uma monitoriza o permanente da rede e que comunicam entre si Figura 58 sendo esperado um comportamento mais activo da parte do consumidor na gest o do seu consumo energ tico O objectivo das smart grids obter uma maior efici ncia fiabilidade e seguran
19. Audi Magfavarroupa wjguais Arcasfongeladoras favatroupa TTT GER E E GSE GR 1234300 207300 185850 163800 163800 163800 163800 105000 97650 82950 90300 82950 82950 P NC e RR 185850 90300 23520 23520 23520 Mag lavar lou a Mg secar roupa Inform tica 632100 120820 afi Condicionado Hutros QUANTII ES UIP T T EI Aedes e I e e e a a aeaaeae o 2 Arcas kongeladora Mag lav Mag lavar 270900 qt L L L ll LL 1I ll 529200 18300 25200 18300 9450 AQS electrico Ar Condicionado Audiovisuais Arcas congeladoras a Mag lavar lou a 668220000 zo zo 3 652680000 ee 18648000 83916000 84693000 72261000 76923000 60606000 61383000 60606000 SISTED 60606000 69153000 61383000 61383000 69153000 466200 Mag secar roupa 677208000 7005600 65385600 65385600 77061600 65385600 65385600 65385600 77061600 350280 a ooo 740 740 740 3 2780 2780 2780 3 m 0 0 O Outros DNSUBAS Ilumina o Frigorificos Audiovisuais 3749760000 205065000 131950000 336085750 136710000 31000000 336085750 120435000 77350000 336085750 104160000 72800000 54600000 81300000 336085750 336085750 336085750 94395000 87885000 87885000 3500000 wo 1 o o Dona o la So _ _ 3676400000 191100000 E 7161211750 282859500 100305
20. SO hd ORSON DAS emia toe ale SA eee 52 Bd Micro Coger c os urisini a a E E E a Ra 53 6 4 Microprodu o legisla o cici sccicadissieaveascedivassdacdasesaccedesccacandesansvensdactessaden ss dactaanasuseants 55 T lt Q conceito de Smart Grids O ataca matas cae i ie a i aE ES i Ea a 57 8 O conceito de Smart Appliances sc OE EGR AS AR da ULE ESL SY 61 Gels SIDEHMICAO dO CONCOMO sa pass n E E A E N 61 8 2 Dificuldades da implementa o pr tica do conceito ssssssssssesssesesssetssresseesseresesesssees 64 9 Ogon it de PRE VI OK a dead Da Dc BS dial eS ea liar a ate NE 65 9T Defini o do CONCI ssis etea ae r ia tasehgedadssaoaaaotencsoeeetgoasaatd 65 9 2 Energy BOK E O CONSUMIDOR cen irita aL E A AEA a A R a anaes 66 10 Requisitos em termos de comunica o sesesesessseesseesseesseesseessseessressrtsseesseeesseeesseesseesse 70 11 Implementa o do conceito Energy BOX sessseessssessseessessessseressseessresseesseesseeesseeesseesseesse 72 Bd Diferentes PETS SCE Va exits ods sess ad audio baau e weiss ana Seascale i 12 11 2 Desenvolvimento dos algoritmos para controlo do recursos energ ticos 74 De AO OMCIUSEO css masai pisa ada See ates ekg asthe eed Si tte al A ake aides cia eee ra SS 78 Bbo OT ANT al ai UU DR E oo rast ad cas aes tate dd 82 Aj JAMEXO scien eke lettin ein E ehiluddduad a ras alba rasa ad a Boh Simulados e RR RARO RE RR RE DT E RR a ndice de Figuras
21. a na distribui o de energia el ctrica aumentar a efici ncia energ tica e maximizar a integra o das fontes de produ o descentralizadas Outro aspecto que se espera atingir com as smart grids a diminui o da profundidade dos vales e a altura dos picos dos diagramas de carga tendo o recurso a sistemas de monitoriza o e de gest o um papel importante nesse sentido 72 57 a Fac age tory d Ret unnn Wind turbines Phasor F measurement S unit T Transmission 4 system E gt Generator 4 Two way communication are Distribution system System operator control and data center Smart meter Advanced control methods such as distribution automation 5 Smart Ut tipp Improved interfaces such as fae ais e eee distribution system modeling software S i es Electric vehicle Home area network Home monitoring of electricity data Figura 58 Esquematiza o do conceito de Smart Grids 73 Este conceito Figura 59 tem subjacente v rios aspectos e o recurso a sensores e a sistemas de gest o e a reconfigura o da arquitectura do sistema de distribui o de uma topologia tipicamente radial para uma topologia que permite a liga o de v rios pontos de gera o e armazenamento distribu dos e uma rede capaz de se adaptar face a perturba es sem p r a causa a sua fiabilidade qualidade de servi o e seguran a e a integra o de fontes de energia locais e
22. consumos Corte de pontas Enchimento de vales Crescimento Estrat gico Diagrama Flex vel Conserva o Estrat gica Descri o Obtido usualmente atrav s de tarifas vari veis com a hora do dia e ou por promo o de dispositivos de armazenamento t rmico Normalmente obtido por controlo directo de cargas do consumidor e ou por est mulos tarif rios Est mulo ao uso de energia el ctrica nos per odos de vazio por exemplo armazenamento de energia t rmica Procura estimular novas utiliza es para a energia el ctrica conquistando porventura mercado a outros combust veis atrav s da promo o de equipamento eficiente Obt m se com uma procura reactiva que se consegue com est mulos tarif rios adequados por exemplo pot ncia interrupt vel peak price RTP Real Time Pricing Incentivos a utiliza o mais eficiente de energia por exemplo atrav s de equipamentos mais eficientes Este tipo de programas geralmente suportados quer por regula o quer por est mulos tarif rios para as operadoras normalmente aplicado n o s devido ao potencial interesse econ mico mas tamb m potencial contribui o que pode dar para a diminui o das emiss es preserva o dos recursos quest es de fiabilidade entre outros Figura 5 15 Procura que se altera reagindo a sinais tais como est mulos tarif rios e incentivos Optimiza o da produ o Controlo de
23. de frio ou cargas cujo funcionamento possa ser alterado sem degrada o da qualidade do servi o fornecido caso das m quinas de lavar e secar s o cargas que se prestam a ser controladas podendo ent o o seu normal regime de funcionamento ser alterado Dependendo da maior ou menor dissocia o entre o consumo de energia e a utiliza o dos servi os de energia prestados pelas cargas assim se podem aplicar diferentes estrat gias de controlo e sistemas de ar condicionado e termoacumuladores podem ser reparametrizados para outra temperatura ou mesmo interrompidos por um curto intervalo de tempo e equipamentos de frio podem ver o seu funcionamento interrompido por breves minutos controlo directo sem degradarem a qualidade do servi o ou mesmo ter a temperatura reparametrizada e as m quinas de lavar e secar podem ter o seu funcionamento antecipado ou adiado por v rias horas Uma das maiores barreiras na altera o da procura por parte dos consumidores prende se essencialmente com a pouca visibilidade por grande parte dos consumidores da varia o dos custos de satisfa o da procura A ades o dos consumidores a este tipo de programas pode ser potenciada se o consumidor n o sentir um decr scimo significativo da qualidade do servi o prestado e se por outro lado o consumidor obtiver uma diminui o da sua factura de energia el ctrica e tiver a percep o que o seu papel enquanto utilizador dos servi os de energia primordi
24. de gest o integrada dos v rios recursos pode permitir a reparametriza o dos sistemas de ar condicionado mitigando os efeitos indesej veis da variabilidade associada produ o e lica 11 oe Oe en ee a 4 450 Average b s o Mw s SE PEN da _0 3 4 5 6 7 8 9 10 11 1213 1415 16 17 18 19 20 21 22 23 24 Hour cw o nuan s 8 Mw 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 Hour Figura 3 Produ o e lica vs Temperatura e vs Consumo de energia em Portugal num dia t pico de Ver o 11 3 Utiliza o Racional de Energia e Gest o da Procura Inicialmente a quest o da conserva o da energia e do seu uso racional foi fortemente motivada pelas crises petrol feras e pelas preocupa es com a seguran a de abastecimento J mais recentemente preocupa es adicionais como a sustentabilidade e os impactos ambientais vieram sublinhar tamb m a necessidade da promo o da efici ncia energ tica 12 H todavia um aspecto que se mant m comum ao longo do tempo que o interesse na redu o de custos de fornecimento e dos encargos com a aquisi o da energia A quest o da sustentabilidade ambiental est relacionada com os impactos resultantes da explora o transforma o transporte e utiliza o da energia A utiliza o desempenha nesse contexto um papel importante na medida em que determina as quantidades de energia produzida e consumida e de certa forma a extens o dos
25. disparidade que pode ocorrer entre os v rios consumidores No Cap tulo 4 1 foram descritas algumas cargas do sector residencial incluindo os diagramas de carga m dio e no caso de alguns equipamentos tamb m os ciclo t picos de funcionamento Esse levantamento e descri o permite identificar os equipamentos que podem e devem ser controlados pela Energy Box bem como categoriz los Dos v rios equipamentos referidos no Cap tulo 4 apenas os equipamentos audiovisuais e inform ticos n o permitem antecipar adiar o seu funcionamento ou a sua interrup o altera o por um determinado per odo de tempo Isto deve se ao facto de estes equipamentos serem ligados precisamente quando o consumidor os pretende usar para entretenimento trabalho No entanto s o equipamentos que a Energy Box pode controlar e desligar quando est o em standby recorrendo para tal medi o do seu consumo 76 Os algoritmos a desenvolver dever o ser capazes de lidar com diferentes recursos e perfis de modo a encontrar a melhor combina o de funcionamento de cargas incluindo a venda compra ou armazenamento de energia rede 77 12 Conclus o Este trabalho permite ter uma vis o aprofundada dos recursos energ ticos presentes no sector residencial e do potencial de controlo de cargas existente mediante a implementa o de um sistema Energy Box Na Figura 69 apresentado a percentagem de cargas control veis ajust veis no tempo e n o control
26. dricas Figura 45 Produ o de electricidade de origem renov vel em Portugal com e sem correc o de hidraulicidade 1999 2009 58 A produ o de electricidade de origem renov vel varia significativamente de ano para ano devido a influ ncia da produ o de energia hidroel ctrica Este efeito suavizado ao corrigir a produ o h drica com o coeficiente de hidraulicidade A variabilidade atenuada recorrendo a condi es m dias 58 46 45 40 35 30 25 20 15 10 5 0 T T T T T T T T T 1 1 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 E Grande H drica corrigida W PCH corrigida W E lica W Biomassa Solar E Geot rmica Figura 46 Quota de energias renov veis na produ o de energia el ctrica por tecnologia em Portugal com correc o de hidraulicidade 1999 2009 58 A aposta nas energias renov veis vai permanecer tanto devido s preocupa es ambientais como principalmente pela necessidade de reduzir a depend ncia externa em termos energ ticos 30 6 1 Energia Solar A intensidade da radia o solar fora da atmosfera depende da dist ncia entre o Sol e a Terra podendo a irradi ncia Eo variar entre 1 325 W m7e 1 412 W m sendo o seu valor m dio de 1367 W m No entanto apenas uma parte da radia o solar emitida atinge a superf cie da Terra atingindo a irradi ncia em boas condi es climat ricas e independentemente da
27. e o n vel superior implica a coordena o das m ltiplas Energy Box o evitando situa es limite tais como o ligar simult neo de muitas cargas provocando um pico na procura o permitindo tamb m em caso de emerg ncia ou instabilidade do sistema a comunica o de sinais que aos serem recebidos por cada Energy Box desligue cargas sup rfluas o possibilidade de tirar partido das diferen as nas varia es dos pre os no mercado grossista e no mercado retalhista o optimiza o do funcionamento do sistema perdas integra o de renov veis etc e o n vel mais baixo uso da Energy Box numa dada habita o de forma individualizada e cuja configura o depende dos h bitos e prefer ncias de cada consumidor 74 o possibilitando o controlo de forma automatizada dos v rios recursos permitindo ao consumidor tirar partido das varia es dos pre os possivelmente reduzindo a sua factura energ tica Assumindo que a implementa o dos algoritmos pretende ser para um n vel de agrega o baixo i e para uma Energy Box individualizada e que se pretende gerir todos os recursos que foram referidos ao longo deste trabalho pode se esquematizar num diagrama os aspectos a considerar Figura 68 e Estado das cargas on off e Sinais da rede pre o do kWh avisos para e Cargas com ordem de entrada em diminui o da procura e sinais de funcionamento emerg ncia e Ciclo de funcionamento da
28. est mulos da rede Podem por exemplo armazenar energia e depois disponibiliz la em situa es de necessidade situa es em que ocorram blackouts ou em que a fiabilidade da rede esteja em causa ou ainda quando o pre o do kWh seja elevado compensando o recurso ao sistema de armazenamento Para que tal seja poss vel devem existir e sistemas de controlo e de comunica o com a rede e sistemas de controlo e medida no pr prio ve culo e uma liga o que permita a comunica o entre a rede e o ve culo e vice versa 41 E Chumbo cido PbA ENiquel metal hidreto NiMH Tipos de bateria para veiculos el tricos E Zebra E jon litio Figura 41 Tipos de bateria para os veiculos el ctricos 52 No contexto das smart grids este tipo de ve culos podem representar uma carga adicional que pode ser deslocada no tempo obedecendo a certas restri es tanto em termos de necessidades e prefer ncias do consumidor como restri es de ordem t cnica De acordo com alguns estudos a maioria dos PHEVs plug in hybrid electric vehicles precisam de 12 5 18 75 kWh para percorrerem sensivelmente 100 km 53 Relativamente s estrat gias que podem ser assumidas para gerir o carregamento das baterias podem ser identificadas duas op es dumb charge estrat gia n o inteligente do ponto de vista dos impactos que possa ter na rede o consumidor completamente livre para ligar o seu ve culo rede quando quiser po
29. lavar e sistema de aquecimento de AQS e de acordo com a seguinte classifica o poss vel tra ar um gr fico indicativo do seu potencial estimado Figura 30 e cargas ajust veis no tempo cargas que podem ser desviadas ou reparametrizadas e cargas control veis cargas que podem ser interrompidas e cargas n o control veis cargas que n o podem ser desligadas uma vez em funcionamento Neste caso em particular as cargas dispon veis para desvio ou para interrup o apresentam um consumo di rio bastante significativo importante referir no entanto que o potencial das cargas dispon veis para desvio dependem dos h bitos de cada consumidor pelo que pode facilmente variar ao longo da semana 31 Diagrama de carga de um consumidor espec fico para uma ter a feira 1400 1200 200 00 00 01 00 02 00 03 00 04 00 05 00 06 00 07 00 08 00 10 00 11 00 12 00 13 00 14 00 15 00 16 00 17 00 18 00 19 00 20 00 DO 22 00 2300 09 00 Figura 28 Consumo desagregado de um consumidor espec fico residencial 44 Diagrama de carga de um consumidor espec fico para uma ter a feira 3000 2500 2000 w 1500 1000 500 o 2 o Q o Q o o 2 o o 2 2 o o o o o o 2 o 2 2 o o oS oS Ss oS o oO So So So So oS s 3 3 8 E 8 8 amp 8 BS 288A S amp S BS KR S amp B Rk RKB Combinado equipamento audio visuais equipamento inform tico m quina de lavar roupa
30. monitoriza o de consumos permite que os consumidores com uma atitude pr activa verifiquem numa base mais regular e quando o pretendam os seus consumos e se apercebam de consumos demasiado elevados originados por cargas que n o deveriam estar a consumir naquele momento Figura 65 como por exemplo equipamentos em standby quando tudo o resto est desligado aquecedores eventualmente esquecidos e luzes acesas la gt Smart meters sistemas de monitoriza o de consumos e Controlo da energia produzida em e Maior conhecimento das tarifas e Feedback regular sistemas de microgera o e do seu e Leitura remota do consumo e Hist rico do consumo armazenamento consumo ou venda rede e Poss veis desenvolvimentos no sentido de controlo remoto de cargas Figura 65 Potencial do impacto do uso de smart meters feedback directo 88 No entanto este feedback exige uma atitude pr activa da parte consumidor no sentido de ser capaz e estar interessado em reagir a este tipo de est mulos que pode diminuir ao longo do tempo Se se dispuser de um modo de controlo automatizado dos recursos ent o a altera o dos comportamentos ser automatizada respeitando no entanto as prefer ncias dos consumidores e contribuindo para a minimiza o da sua factura el ctrica Considerando e o resultado de v rios estudos que demonstram que o actual modo de factura o da electricidade n o permite ao consumidor aperceber se inteirame
31. no Cap tulo 4 2 O cargas n o control veis o equipamento audiovisual e inform tico o ilumina o o outro tipo de equipamentos ferro de engomar torradeiras etc 1 cargas que podem ser reparametrizadas o sistemas de ar condicionado e termoacumuladores 2 cargas que podem ser interrompidas o frigor ficos arcas congeladoras e combinados 3 cargas que podem ser reagendadas o m quinas de lavar e secar Consoante a classifica o atribu da varia o consumo a determinadas horas e como consequ ncia o diagrama de cargas di rio e cargas que podem ser reparametrizadas o varia o de 1 C com diminui o de 10 no consumo nas horas de cheio e o mesmo aumento nas horas de vazio e cargas que podem ser interrompidas o diminui o de 10 no consumo nas horas de cheio e o aumento de 15 nas horas de vazio e cargas que podem ser desviadas para outros per odos hor rios o funcionamento obrigatoriamente durante as horas de vazio Estas considera es serviram de dados de entrada que est o dispon veis no ficheiro Ana Soares 2010166266 2011 a pdf podem facilmente ser alteradas na tabela do Excel apresentada na Figura A 1 Mediante os dados de entrada com especial nfase para a percentagem de ades o ao sistema de gest o de recursos o simulador calcula as quantidades dos equipamentos presentes no sector residencial os respectivos consumos Figura A 2 e Figura A 3 e tra a o diagrama de carga correspondente Figura
32. o recurso a sistemas de armazenamento e a monitoriza o do consumo de energia em tempo real e a participa o activa dos consumidores e a inclus o de ac es de Demand Side Management e o controlo da procura e a sua optimiza o din mica 74 58 Controlo da Recurso a fontes procura e sua de energia locais optimiza o Recurso a din mica sensores para a automatiza o do sistema Reconfigura o da agruitectura do sistema de distribui o Monitoriza o do Sistema de consumo em distribui o tempo real inteligente Capacidade de adapta o a perturba es assegurando a fiabilidade da Recurso a rede sistemas de armazenamento ae Rn Inclus o de ac es de DSM consumidores Figura 59 Caracter sticas de um sistema de distribui o inteligente 74 Todo o processo de recolha de informa es sobre a disponibilidade energ tica nos pontos de produ o e armazenamento e sobre o consumo nas cargas tem de ser feito recorrendo a sistemas automatizados de gest o de recursos Estes sistemas devem permitir o tratamento e o envio recep o de toda a informa o necess ria SUMMARY OF ENERGY SAVING AND CARBON REDUCTION MECHANISMS ENABLED BY THE SMART GRID Continuous PRP Commissionii neto ef A with Peak Demand Maintenance TT Reductions Reduced Greater c ilabili Operation of Less seca Efficient Peaking Plants Expanded E
33. parte de ve culos h bridos e ou el ctricos podem facilitar a integra o das fontes renov veis vari veis anteriormente referidas na medida em que permitem lidar quer com a variabilidade quer com a eventual discrep ncia da disponibilidade desse tipo de recursos relativamente s situa es de maior procura Do ponto de vista do propriet rio as baterias dos ve culos el ctricos podem precisamente funcionar como e sistemas de armazenamento de energia durante o per odo em que o pre o do kWh mais baixo coincidente com os per odos de menor procura e ou nos per odos em que h forte produ o de energia el ctrica recorrendo microgera o e como fonte capaz de fornecer energia el ctrica durante os per odos em que a venda de energia el ctrica rede traz vantagens econ micas e que coincide com as horas de pico quando o custo do kWh mais elevado Figura 32 35 From storage Peak load Base load with storage Base load Percentage of generating capacity 2 2 4 6 9 10 2 2 4 6 8 0 2 Time Figura 33 Exemplo de um diagrama de carga e do poss vel recurso aos sistemas de armazenamento de energia 45 5 1 Baterias A forma mais comum de armazenamento de energia consiste no recurso a baterias electroqu micas apresentando um custo aceit vel face densidade de energia armazenada Por outro lado algumas das principais desvantagens s o os impactos ambientais e os ciclos de carga e descarga que condi
34. que o seu consumo passa a ser significativo especialmente quando se pretende identificar cargas com potencial para serem controladas em situa es de necessidade Figura 16 Este controlo deve respeitar as varia es de temperatura que s o poss veis sem causar a deteriora o dos alimentos e como consequ ncia o tempo m ximo que podem estar desligados e o tempo 22 m nimo durante o qual devem estar ligados para regular a temperatura para um valor aceit vel 34 350 Pot ncia MW gt gt N N O DS a 8 S Ss 6 6 66 a o o 123 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 Horas Figura 16 Diagrama de carga m dio dos equipamentos de frio 4 1 3 M quinas de lavar roupa As m quinas de lavar roupa apresentam uma taxa de posse de cerca de 90 em Portugal 22 e representam cerca de 5 do consumo total de electricidade 22 26 mas apresentam uma certa limita o em rela o ao seu uso poder ser adiado ou antecipado Essa restri o prende se com o facto dos consumidores n o aceitarem bem o facto de a roupa lavada ficar dentro das m quinas por mais do que um determinado per odo de tempo de n o lhes agradar o facto de deixar o equipamento a trabalhar sem qualquer supervis o durante a noite devido a poss veis inunda es e ainda a um poss vel inc modo causado pelo ru do 35 Um ponto a considerar tendo em vista a generaliza o da utiliza o de programas de gest o desta
35. renov veis e mitigar os efeitos indesej veis e potenciar o seu uso O progresso j feito nas previs es por exemplo da energia e lica permite aumentar a fiabilidade dos sistemas e o recurso a sistemas de armazenamento possibilita um maior aproveitamento desta fonte Todavia continua a existir a necessidade de um sistema que permita a maximiza o da integra o das energias renov veis em tempo real e em especial no sector residencial com claros benef cios econ micos para o consumidor O projecto Smart A 30 analisou as caracter sticas que permitem que determinadas cargas dom sticas sejam sujeitas a ac es no mbito dos programas de Demand Response maximizando a integra o das energias renov veis Neste contexto foi delineado o conceito de Smart Appliances e os pressupostos de como e quando estes electrodom sticos podem ser ligados a uma rede inteligente de modo a incluir a cogera o e a produ o de electricidade a partir de geradores e licos e sistemas fotovoltaicos Figura 61 Renewables Network Operator Conventional generation Micro CHP Figura 61 Esquematiza o do conceito de Smart Appliance 30 Foram definidos como smart appliances dez equipamentos frigor ficos arcas congeladoras m quinas de lavar lou a e roupa secadores de roupa fornos fog es sistemas de ar condicionado bombas de circula o para sistemas de aquecimento e termoacumuladores 61 Para as cargas acima enumeradas
36. sua interven o e sua supervis o o em rela o privacidade dos seus dados e preocupa es com o seu uso indevido e na necessidade de aposta no desenvolvimento destes equipamentos com controlador O sucesso deste conceito que trar benef cios econ micos para o consumidor para al m da maximiza o da integra o das renov veis depende e do envolvimento dos fabricantes e da introdu o de nova tecnologia desde o desenvolvimento de sistemas de seguran a at aos controladores internos individualizados para cada electrodom stico com o intuito de o garantir maior fiabilidade o transmitir uma maior confian a aos consumidores quanto ao funcionamento em modo autom tico e sem supervis o dos equipamentos 78 Neste contexto estes electrodom sticos deixam de ser equipamentos que se limitam a consumir energia da rede passando a ser equipamentos que contribuem para a maximiza o da integra o das energias renov veis permitindo a diminui o da factura el ctrica do consumidor e a necessidade de investimento em novas centrais para fazer face procura 64 9 O conceito de Energy Box 9 1 Defini o do conceito O conceito de Energy Box foi proposto por Livengood e Larson 79 como um processador a funcionar continuamente em background para gerir de forma inteligente a utiliza o de energia el ctrica numa resid ncia ou pequeno com rcio servi os respondendo a sinais de pre os requisitos de con
37. tarifa simples bi hor ria e tri hor ria a evolu o dos SEE de energia apontam nesse sentido Isto n o quer dizer que estes conceitos sejam aplicados na pr tica tal e qual como s o apresentados nos v rios Cap tulos mas certamente que existir interesse em tirar partido de uma rede mais inteligente que permita a comunica o em ambos os sentidos e a varia o do pre o do kWh de acordo com a procura e a oferta no momento Essa varia o dos 79 pre os ir depender entre outros factores como o pre o do combust vel e disponibilidade das renov veis dos custos de produ o e da procura verificada A necessidade e os benef cios deste tipo de sistema de gest o de recursos evidenciada pela e quantidade de cargas presentes numa habita o e dificuldade sentida pelo consumidor para o gerir adequadamente no sentido da optimiza o dos seus objectivos o consumo dessas cargas o tirar o m ximo partida da microprodu o e dos seus sistemas de armazenamento incluindo o ve culo el ctrico minimizando a sua factura de energia el ctrica e mantendo os seus padr es de conforto e qualidade de vida O desenvolvimento de algoritmos capazes de controlar os v rios recursos energ ticos ir trazer vantagens ao consumidor nomeadamente e a redu o autom tica do seu consumo quando o pre o do kWh est mais elevado e o armazenamento de energia para posterior consumo ou venda rede e o reagendamento ou interrup o do
38. temperatura pretendida Figura 26 iente Confort vel devido a pequena R pido para atingir a temperatura Eat F FAS varia o da temperatura ambiente 2 md ioi 10 00 10 30 11 0 11 30 12 00 12 30 13 00 E power W 0 Evolugao do 10 00 10 30 11 00 11 30 12 0 12 30 13 00 Evohi o do compressor do tipo convencional i time Figura 25 Temperatura exterior e Figura 26 Compara o de um sistema de interior e consumo de energia de um sistema ar condicionado convencional de ar condicionado 38 com um do tipo inverter 40 Os sistemas de climatiza o permitem a sua interrup o moment nea sem grandes perturba es para o consumidor desde que n o haja degrada o significativa da qualidade de servi o 34 39 Como em quase todas as cargas termost ticas a seguir a um per odo de interrup o segue se normalmente um periodo de recupera o com um consumo de energia superior ao que teria no seu funcionamento normal 39 A pot ncia dispon vel diferente consoante o tipo de ar condicionado convencional ou inverter pelo que a disponibilidade de redu o da procura tamb m diferente H maior probabilidade de estar um sistema inverter ligado apesar do seu consumo ser menor do que um sistema convencional que apresenta um maior consumo e mais varia es de estado on off Independentemente do tipo de ar condicionado tanto podem ser aplicadas ac es de controlo directo interr
39. the daily load diagram Storage systems technical restrictions are also highlighted Rational Use of Energy is contextualized and concepts of Smart Appliances and Smart Grids are briefly presented This allows the establishment of the technical basis that will be used to implement algorithms to be used in an integrated management system according to the Energy Box concept Keywords Energy Resources Integrated Management Residential Sector Resources Analysis Smart Appliances Smart Grids Energy Box ndice Gas lt APR Ra EAR O Se ROE NEY GS E ER MEN i Indice deita cuca tact pa totes Wrote vise oie Meola ao ie Gahan Mass iii Indice de Tabelas ass iai e n A Da a cen ao A vii 1 IntrodU O asus nasiaas ia tres anta enn n a a i e a A EEE A Oa a AE E RNET 1 2x Breve COME RU ALI ZACAG ai cinri et i Edna ara Ga e e e aosta Sate Sama 3 3 Utiliza o Racional de Energia e Gest o da Procura ssssssesssesesesessstesseessersseresseeesseesseesse 7 Sela Demand Side Managements norisi R UA a Ri 10 Jsl Lodd Responses na e E A E NS 14 Deda Price Response spider ve E a 15 4 Consumo de energia el ctrica no sector residencial sssesesseessseesseesseeeseressetessresseesseessees 17 Al Aaracteriza o dediferentes cargason teenin deat leas cases E E E A ii 19 41 1 Term umuladoreS non a E SO SU R i manane 21 4 1 2 Equipamentos CE fri cassa ersir sted ies a a A R ER ates 21 4 1 3 M quinas de lavar r up
40. the electricity bill without having a negative impact on comfort or depreciating the energy service quality Since energy demand is treated as a manageable resource postponing the investment needed to increase the system capacity increasing system reliability and decreasing the use of less efficient power plants also brings advantages to the Electrical Energy Systems Considering the high number of energy resources in the residential sector that can be managed this process may present a noticeable difficulty In a first approach to the management optimization of energy resources prices and weather forecasts as well as the consumers needs and preferences should be considered in order to adequately schedule working cycles However in a second phase this optimization should be made in a continuous basis according to different input signals either from the grid or the consumer side in real time and perhaps changing the scheduling already done This work has then two main objectives analysis of the energy resources in the residential sector as well as characterization and conceptualization of their integrated management The fulfillment of these objectives will allow future algorithmic developments to perform this optimized management which will affect the typical load diagram In this work the load categorization according to its degree of achievable control is carried out and a simulator is developed for displaying the load control impacts on
41. tico em que pedida alguma informa o ao consumidor como por exemplo a que horas pretende que o ciclo esteja terminado 3 modo manual em que o ciclo de funcionamento se inicia quando o consumidor carrega no bot o A simplicidade deste processo est no controlo interno de cada um dos equipamentos que independente do dos outros electrodom sticos No entanto apesar de este m todo permitir a 62 escolha do melhor per odo de tempo para o funcionamento do electrodom stico quando o consumidor opta pelo modo autom tico ou semi autom tico n o permite a gest o integrada de todos os recursos energ ticos nem impede que num caso extremo v rias cargas sejam postas em funcionamento em simult neo originando um pico de consumo De forma sucinta pode se dizer que os Smart Appliances permitiriam uma redu o moment nea da procura seguido de um per odo de recupera o O adiamento do funcionamento de um equipamento ou a sua interrup o resulta claramente na redu o do consumo por um determinado per odo de tempo em compara o com o caso normal sem recurso a qualquer controlador Contudo o restabelecimento do funcionamento contribui para o aumento da pot ncia pedida rede quando comparada com o valor que teria em caso de n o altera o do regime de funcionamento Tal problem tica deixa antever a necessidade de um sistema integrado de gest o local que considere todas as cargas e consiga antever picos de consumo de modo a e
42. 00 560000 420000 630000 945000 108501 N 3850000 Audiovisuais 92400000 3850000 3850000 40320000 2205000 1470000 3850000 1235000 1120000 3850000 3850000 1015000 34500 945000 42000000 1750000 1750000 1750000 1750000 1750000 1750000 1750000 Mag lavar roupa Mag lavar lou a Inform tica 903000 84000 31500 21000 0 10500 FE PE E ee 243600 8400 388500 357000 AQS electrico ArCondicionado TT uas SS O RT RT PR E O 13408500 630000 609000 7350000 226153 8462 56538 46154 175000 O 0 420000 33923 07692 0 22615 38462 56538 4615 i O 3676400000 191100000 131950000 31000000 77350000 72800000 54600000 81900000 0 0 o 0 o o o 0 3749760000 205065000 136710000 120435000 104160000 94395000 87885000 87885000 0 0 EEE ER E E a 0 0 O 0 0 0 0 0 a o 0 O 0 3016912500 141750000 137025000 34500000 87412500 80325000 85050000 87412500 0 0 0 o o O 0 0 Mag secar roupa Inform tica 0 O o 1661100000 5110769 23 1277769231 7666615 385 5111076923 127776923 2555538462 51107692 7666615385 16355 0 Condicionado atin __ DASUMO SUIPAMENTO PU Ilumina o 103250000 a 0 Q o 0 0 o o Frigorificos 7299600000 304150000 304150000 304150000 304150000 304150000 304150001 304150000 Audiovisuais Mag lavar roupa Mag lavar lou a 0 Tabelas de
43. 0001 Arcas congeladoras Mag lavar roupa Mag lavar lou a 3296300000 668220000 130200000 Re as PR FO CR E ES GR FR EEE EE 652680000 6993000 18648000 154700000 83916000 84693000 154700000 72261000 76923000 154700000 60606000 61383000 154700000 154700000 154700000 60606000 60606000 60606000 69153000 61383000 61383000 154700000 Mag secar roupa 677208000 7005600 65385600 65385600 77061600 65385600 65385600 65385600 Informatica RQS el ctrico ep Outro 3016912500 141750000 E 1558239577 47533015 4 EEE ee 137025000 1277769231 0 34500000 7666615 385 0 87412500 5111076 923 0 80325000 85050000 87412500 Figura A 3 Consumos por tipo de cargas e consumo total com 70 de ades o ao sistema de gest o 020455 Ades o 0 Ades o 70 Pot ncia Pot ncia w 2E 09 W 2E 09 1 75E 09 1 75E 09 1 5E 09 1 5E 09 1 25E 09 1 25E 09 1E 09 1E 09 750000000 750000000 500000000 500000000 250000000 250000000 0 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 Horas Horas E Frigorificos E Arcas congeladoras E M g lavar roupa E M q lavar lou a E M q secar roupa D Inform tica E Audiovisuais E Ilumina o m AQS el ctrico m Ar Condicionado D Outros Figura A 4 Impacto da ades o no di
44. 15 Contra partidas monet rias o ajuste das cargas em fun o das tarifas permite tirar partido das taxas mais elevadas ou mais reduzidas as tarifas s o acordadas entre ambas as partes e estabelecem um uso base de energia para cada hora do ano com base no uso hist rico e sujeito a ajustamentos Consumidores eleg veis residenciais comerciais ou industriais Operacionalidade a participa o pode ser volunt ria ou obrigat ria sendo Tarifa de instalados contadores para medir o consumo nos diferentes per odos do dia per odo de uso variando a tarifa de acordo com o per odo do dia dia da semana e poca do ano o consumidor tem conhecimento das tarifas de modo a poder adaptar o seu consumo 16 4 Consumo de energia el ctrica no sector residencial A possibilidade de usar parte da procura residencial de uma forma pr activa em termos de reac o a est mulos diversos associada grande diversidade de cargas de utiliza o final e s diferentes alternativas em termos de ac es pr ticas a implementar imp e a caracteriza o detalhada dos diversos usos finais a come ar pela sua contribui o para o consumo do sector potencias envolvidas regimes de funcionamento t picos restri es t cnicas e ou outras nomeadamente relacionadas com eventuais prefer ncias do consumidor Na Figura 9 apresenta se a contribui o dos principais usos finais para o consumo no sector residencial Total 2002 11087 GWh Outros
45. 2 41 47 Castaner L e Silvestre S Modelling Photovoltaic Systems using PSpice s l John Wiley amp Sons Ltd 2002 48 Lithium Ion Battery System and their Application Vezzini Andrea s l Bern University of Applied Sciences Engineering and Information Technology June2009 49 Linden D e Reddy Thomas S Handbook of batteries s l McGraw Hill Handbooks 2002 50 Schalkwijk W A van Charging Monitoring and Control autor do livro W van Schalkwijk e B Scrosati Advances in Lithium Ion Batteries s l Kluwer Academic Plenum Plubishers 2002 51 Pillai J R e Bak Jensen B Integration of Vehicle to Grid in the Western Danish Power System EEE Transactions on Sustainable Energy January de 2011 Vol 2 1 52 Castro B e Ferreira T Ve culos el tricos aspectos b sicos perspectivas e oportunidades BNDES Setorial 2010 32 pp 267 310 53 Ipakchi A e Albuyeh F Grid of the future JEEE Power Energy Mag Mar Apr de 2009 Vol 7 2 pp 52 62 85 54 Smart Charging Strategies for Electric Vehicles Enhancing Grid Performance and Maximizing the Use of Variable Renewable Energy Resources Lopes J A Pe as et al Porto Portugal INESC Porto FEUP 2009 55 Fast Charging vs Slow Charging Pros and cons for the New Age of Electric Vehicles Bostford Charles e Szczepanek Adam EVS24 Stavanger Norway s n May 13 16 2009 56 A produ o de electricidade a partir de fontes
46. 500 GWh e que n o apresentam possibilidade de controlo Cargas categorizadas de acordo com o grau de controlo e com o consumo de electricidade anual quina ou a 4 M quina Lavar Roupa Maquina Secar Roupa t 4 q J i i 1 d s 4 1 f j d Congelador 3 4 i i 1 q i 4 p 7 Arrefecimentoambiente El ctrico uecimentoambiente o 500 1000 2500 2000 2500 3000 e Inform tica 1 Forno EE ae Audiovisuais Outros lumina o Graude Controlo Consumo de electricidade numano GWh dados de 2002 Nota Grau de controlo 1 N o control vel Reparametriz vel 2 3 Interrup o 4 Reagendamento Figura 70 Categoriza o das cargas de acordo com o grau de controlo que permitem e que se espera ser o mais usado e com o seu consumo de electricidade anual Face aos poss veis avan os tecnol gicos nos SEE elevada penetra o de fontes de energia renov veis e sistemas de microprodu o e ao progressivo aumento de energia no sector residencial surge a necessidade de controlo dos v rios recursos energ ticos cargas t picas desse sector e sistemas de armazenamento incluindo os ve culos el ctricos Apesar de poder ser argumentado que actualmente ainda n o est o implementadas as Smart Grids nem a varia o do pre o do KWh para o consumidor residencial em tempo real ou mesmo one day ahead variando esse pre o apenas consoante as tarifas escolhidas pelo consumidor
47. Figura 1 Consumo de energia final em Portugal entre 1990 e 2008 2 neneeese 4 Figura 2 Contribui o de alguns usos finais para o consumo no sector residencial 7 6 Figura 3 Produ o e lica vs Temperatura e vs Consumo de energia em Portugal num dia tipicode Verao LR a Da E a a 6 Figura 4 Estrat gias de controlo de cargas 13 psciassa asi dra Daca alae Gees 8 Figura 5 Influ ncia das estrat gias de controlo de cargas 16 9 Figura 6 Estratesias de DSM EM aaa es cess poe Lisos e E sa Lapa fartas ana uai eat 11 Figura 7 Planeamento dos programas de demand response 24 12 Figura 8 Impacto temporal dos programas de demand response 25 13 Figura 9 Reparti o dos consumos de electricidade pelos diferentes usos finais dados de 2002 O iam ns SAR A a O atc OC a A ap 17 Figura 10 Taxa de posse dos equipamentos cacisiicaagaaasarcalida soca N soa caaRa Lad pa gagalrda AS ess Da sradi bigode 18 Figura 11 Os dois lados do factor comportamental errar 19 Figura 12 Estrutura do diagrama de carga hor rio no sector residencial desagregado segundo A EDP 2007 a DGGE 2004 20 22 2m assassina sap dedica A ai Ioana iara cates 20 Figura 13 Diagrama di rio m dio de 19 termoacumuladores 31 21 Figura 14 Perfil de funcionamento de um combinado 22 era 22 Figura 15 Perfil de funcionamento de um frigor fico americano 33 eeeeeeee
48. Forno 12 1 Frigorifico Combinado 22 Arrefecimento ambiente 2 Aquecimento ambiente 15 Congelador 10 M quina Lavar Roupa AQS El ctrico 5 5 Secador Roupa 2 Ilumina o M quina Lavar Lou a Inform tica Audiovisuais A 9 Figura 9 Reparti o dos consumos de electricidade pelos diferentes usos finais dados de 2002 22 Na Figura 9 pode verificar se que alguns dos usos finais que poder o ser alvo de ac es de gest o da procura conforme ser abordado nos pr ximos cap tulos s o tamb m das principais contribui es para o consumo residencial frio alimentar AQS el ctrico condicionamento ambiente e m quinas de lavar Estas utiliza es finais perfazem cerca de 64 do consumo residencial o que considerando a sua flexibilidade de controlo e levando tamb m em conta as taxas de posse dos diferentes equipamentos d uma ideia do grande potencial de gest o da procura que existe neste sector A estrutura dos consumos el ctricos justificada tamb m pela Figura 10 onde se encontra apresentada a taxa de posse dos equipamentos por habita o segundo dados do projecto Remodece e do INE Instituto Nacional Estat stica 17 ar condicionado consolas disco duro sat lite cabo set top box Hi Fi DVD VHS eitor gravador home cinema TV router hub altifalantes modem fax fotocopiadora digitalizador multi fun es impressora port til PC intemet maquina da loi a
49. VLSIT doi 10 1109 VLSIT 2010 5556140 2010 pp 3 8 77 Mohseniana Rad A et al Autonomous Demand Side Management Based on Game Theoretic Energy Consumption Scheduling for the Future Smart Grid IEEE Transactions on Smart Grid December 2010 Vol 1 3 pp 320 331 78 Seebach D Timpe C e Bauknecht D Costs and Benefits of Smart Appliances in Europe s l Oko Inrtitut 2009 79 Livengood D e Larson R The Energy Box Locally Automated Optimal Control of Residential Electricity Usage Service Science 2009 Vol 1 1 pp 1 16 80 Geller E S The Challenge of Increasing Proenvironment Behavior autor do livro R G Bechtel e A Churchman Handbook of Environmental Psychology New York Wiley 2002 pp 525 540 87 81 Brandon G e Lewis A Reducing Household Energy Consumption A Qualitative and Quantitative Field Study Journal of Environmental Psychology 1999 Vol 19 pp 75 85 82 Becker L J et al Relating attitudes to residential energy use Environment and Behavior 1981 Vol 13 5 pp 590 609 83 Kempton W Boster J S e Hartley J A Environmental values in American culture Boston MIT Press 1995 84 Kempton W Darley J e Stern P Psychological research for the new energy problems Strategies and opportunities American Psychologist 1992 Vol 47 10 pp 1213 1223 85 McMakin A H Malone E L e Lundgren R E Motivating residents to conserve energy without financ
50. acter sticas diferentes das fontes convencionais de gera o de energia el ctrica 14 e estando o seu potencial tamb m dependente da zona geogr fica Figura 52 600000 5000004 400000 300000 Latitude Gauss DLx m Atlas do Potencial E lico Vers o 1 1 200000 1000004 T T T T 100000 200000 300000 400000 Longitude Gauss DLx m Figura 52 Potencial edlico em Portugal 60 Apesar das vantagens ambientais em termos de emiss es de CO a sua contribui o para dar resposta s necessidades da ponta dos consumos limitada Isto prende se com o facto de a sua produ o depender das condi es ambientais variando com a velocidade do vento e nem sempre as melhores condi es se verificarem em per odos de maior press o em termos de consumo A produ o e lica varia n o s sazonalmente entre o Ver o e o Inverno 23 mas tamb m em janelas de tempo mais reduzidas por exemplo a n vel das horas Figura 53 65 Esta grande variabilidade da e lica requer sistemas alternativos de produ o de energia eventualmente complementadas com outras solu es de resposta r pida tais como a h drica ou turbinas a g s em ciclo combinado ou o recurso a sistemas de armazenamento Apesar de ser poss vel prever a densidade de pot ncia e lica para o ano inteiro para uma dada localiza o n o poss vel prever exactamente para cada dia e hora 66 Algumas das solu es para ajudar a lidar c
51. adesaben astuncaavanses nae 81 vii viii 1 Introdu o Esta disserta o tem como objectivo proceder a uma an lise dos recursos energ ticos presentes no sector residencial bem como evidenciar as caracter sticas e identificar os requisitos que permitam categorizar cada um desses recursos em fun o do seu grau de controlo Esta caracteriza o funcional de disponibilidade de requisitos e de restri es em termos de opera o e controlo dos diversos recursos e caracteriza o das prefer ncias dos utilizadores dos servi os de energia permitem depois esbo ar com algum detalhe o conceito de gest o integrada de recursos no sentido da sua utiliza o eficiente Esta an lise e caracteriza o detalhada dos recursos associada conceptualiza o da respectiva gest o integrada permitir num trabalho futuro o desenvolvimento de algoritmos capazes de gerir o funcionamento dos v rios recursos respeitando as prefer ncias do consumidor e mantendo o seu n vel de conforto e qualidade dos servi os de energia usados desejavelmente reduzindo a sua factura de energia el ctrica e alterando o t pico diagrama de carga No Cap tulo 2 feita uma breve contextualiza o da evolu o dos Sistemas de Energia El ctrica Ai s o tamb m referidas as actuais press es ambientais devidas ao crescimento do consumo de energia e as v rias op es usadas para controlar esse crescimento e tentar evitar picos de consumo por exemplo atrav s
52. adicional papel passivo das redes 3 5 O forte desenvolvimento das tecnologias da informa o e da comunica o TIC nomeadamente das tecnologias de medi o monitoriza o e controlo tornou poss vel a aposta no conceito de redes inteligentes smart grids As smart grids surgem como resultado de uma cada vez maior integra o das TIC nos SEE permitindo integrar os recursos existentes no lado da procura na gest o do sistema optimizar a gest o dos SEE melhorando a seguran a do sistema e potenciando a utiliza o de energia proveniente de fontes renov veis 6 A base tecnol gica das smart grids assenta na comunica o entre a rede e os v rios equipamentos e nos sensores que permitem a recolha de informa o sobre o estado de cada componente desde os equipamentos do lado da procura s fontes de produ o descentralizada passando pelos sistemas de armazenamento e a identifica o de eventuais falhas na rede Neste cen rio tem de ser considerada a procura control vel a produ o centralizada convencional a produ o dispersa renov vel e o armazenamento sendo necess rios dispositivos sistemas e algoritmos para uma gest o optimizada dos v rios recursos energ ticos que e mantenham os n veis de conforto e a qualidade do servi o de energia minimizando os custos para o consumidor final e permitam a optimiza o da opera o do sistema ou da comercializa o da mercadoria energia el ctrica Para o desenvolviment
53. agrama de carga di rio Consumidor sem mo st o sistema de gest o 199 Ilumina o o 1050 546 377 26 224 20 8 156 23 4 35 1 40 3 200 Frigor ficos 2 2086 88 9 86 9 26 5 86 9 88 9 88 9 88 9 EHI 86 9 201 Audiovisuais o 1071 58 59 39 06 34 41 29 76 26 97 25 11 25 11 28 83 30 69 202 Arcas congeladoras 2 960 40 40 40 40 40 40 40 40 40 203 M q lavar roupa 3 186 6 66 6 66 3 33 0 0 0 0 3 33 13 32 204 M q lavar lou a 3 194 17 16 6 66 4 44 o 222 o 0 222 4 44 205 M q secar roupa 3 193 6 672 o 3 336 0 o o 3 336 3 336 206 Inform tica o 862 40 5 39 15 27 24 975 22 95 243 24 975 25 65 27 207 AQS el ctrico 1 475 1460307692 3 650769231 2 190461538 1 460307692 3650769231 7 301538462 1460307692 2190461538 46 72984615 4 208 Ar Condicionado 1 30 0 0 0 o o o 0 of 0 3 Outros 1 2451 153 9569231 125 2435165 124 1238242 112 053978 102 1492308 107 0698901 9459692308 78 52395604 57 7272967 44 M dia por habita o Total Vv c Tumina o 1050 181 870 Frigorificos 2086 608 1477 Audiovisuais 1074 209 862 Arcas congeladoras 960 280 680 M g lavar roupa 186 13 173 M q lavar lou a 194 16 175 M q secar roupa 193 7 187 Inform tica 862 189 673 AQS el ctrico 475 55 420 Ar Condicionado 30 o 30 Outros 2451 744 1708 Soma Watts hora dia 9556 2301 7254 Soma kWatt
54. al para a determina o dos consumos impactos ambientais e depend ncia externa Note se que a n o coincid ncia total entre utiliza o dos servi os de energia fornecidos por algumas cargas e o consumo de energia da carga em quest o permite antever a possibilidade de controlar o consumo de energia dessas cargas sem degradar significativamente a qualidade do servi o prestado 3 1 Demand Side Management O DSM foi definido inicialmente por Gellings em 1985 como o planeamento e implementa o das actividades concebidas para influenciar o uso que o consumidor faz da electricidade de forma a produzir os efeitos referidos na Tabela 1 no diagrama de carga da operadora 13 19 Todavia actualmente existe um leque diversificado de potenciais interessados neste tipo de actividades a come ar pelas operadoras pelos comercializadores agregadores e consumidores Os objectivos dos programas que cabem no mbito do DSM incluem Figura 6 e aposta na efici ncia energ tica uso de menor quantidade de energia mantendo ou inclusive melhorando a qualidade de servi o e os n veis de conforto e conserva o estrat gica redu o do uso de energia com poss veis influ ncias no conforto dos consumidores e gest o da procura demand response altera es no uso de energia el ctrica pelos consumidores finais e que se pode traduzir no diferimento antecipa o interrup o e reparametriza o de cargas 10 Gest o do lado da
55. amento c clico determinado por um term stato apresentando caracter sticas que permitem a gest o do seu funcionamento como por exemplo a sua interrup o por um determinado per odo de tempo sem 21 deteriora o do servi o prestado uma vez que a opera o a 6 C ou 4 C n o influencia a conserva o dos alimentos mas sim o consumo de energia 32 175 Pot ncia W Horas Figura 14 Perfil de funcionamento de um combinado 22 Actualmente come am tamb m a aparecer no mercado os frigor ficos americanos que possuem pot ncias muito elevadas quando se usam determinadas fun es extra Figura 15 mas que por enquanto n o s o em n mero significativo nos lares portugueses Possible Energy Consumption Pattern over a 24 h Period 700 T 600 574 74 UlSe Sed Compressor on Cycle g 500 Door Openings Longer 400 gt 300 200 SESI SAS ES SS RS ATE OS RATES RS Time hh mm Figura 15 Perfil de funcionamento de um frigor fico americano 33 Os frigor ficos e as arcas congeladoras funcionam como um sistema de armazenamento de frio pelo que a interrup o do seu ciclo de funcionamento em cerca de 15 minutos n o ir provocar um aumento da temperatura muito significativo nem a deteriora o dos alimentos 34 Apesar de poder ser argumentado que a pot ncia pedida rede por estes equipamentos relativamente baixa o facto de se encontrarem ligados durante 24 horas mostra
56. apoio para o c lculo dos consumos dos equipamentos dotipo 3 Tabela com os consumos dos equipamentos do tipo 3 Tabela com os consumos totais de acordo coma percentagem de ades o E Ss a aes aan ABS electrical TT T T i 4 a a a a 74 Ar Condicionado O 0 0 o 0 O o 75 Outros ESA IE GS a es i 76 QUANTIDADES EQUIP H 7 i 78 c 79 lumina o T III E E ITE TEIA N figorifico Arcasfongeladoras TT O O T T T T F Magfavarroupa A Y S U e E PETE A 7 7 1 Mg secar roupa 9 9 9 O 0 O Inform tica O T T S T A S ILS es es es futro Le la lt lvl to O RS Frijorificos SS e a E E GR ee Gees nha Re Arcadcongeladoras Magladgrroupa TT ta 63000 31500 Y of o 31500 12600 100 Mig avoua J TS 303000 84000f Hj 3soof 21000 Of 10500 Of do 10500 BU A 102 inform tica 103 AGS el ctrico NC Ar Condicionado mi PA EEE ESSE ESSE SS EEE E Outros ON Suh Figo of 7 1 T a 0 a a 0 oF od Ho HH 0 Arcas ae ores o O 0 0 o 0 o H Mag lavar roupa 652680000 23310000 23310000 11655000 0 0 0 0 Mag lavar lou a 668220000 62160000 23310000 15540000 0 7770000 0 o a 9 11676000 gq o o o o 0 0 0 o 0 o 0 0 0 0 0 0 fi o 0 0 0 0 0 o c Ll 3500000 Ilumina o EE RR
57. arregadas a corrente constante conforme se pode mostra na Figura 38 49 38 28 aii ai 0 07 X C Battery voltage V of capacity Figura 38 Curvas de carga caracter sticas a corrente constante a 20 C de alguns tipos de bateria 49 A carga pode ser aplicada com uma corrente constante at que seja atingida uma tens o pr definida medida pelo regulador de carga Uma vez atingida a referida tens o pr definida aos terminais da bateria a corrente constante que estava previamente a ser aplicada interrompida e aplica se o algoritmo de carga a impulsos 50 A t tulo de exemplo apresenta se o modo de carregamento t pico de uma bateria de i es de l tio Figura 39 Tipicamente a bateria de i es de l tio carregada por um dispositivo limitador de tens o semelhante ao que usado para carregar baterias de chumbo O algoritmo t pico para o carregamento de baterias de i es de l tio consiste na aplica o de uma corrente de 1 C bateria at que o limite de tens o das c lulas que a constituem seja atingido Nesta altura o circuito altera se de modo a efectuar controlo de tens o medida que se aproxima da tens o m xima a corrente diminui regularmente at que a carga seja terminada a uma corrente algures abaixo de 0 03 C dependendo da imped ncia da c lula 50 39 Controlled Charge Cell Voltage V Charge Curent o 7 arge Controlled i Transition Termination t
58. as congeladoras 934 322 612 M q lavar roupa 186 186 0 1 M q lavar lou a 191 191 o secar rouj 193 193 o inform tica 862 189 673 AQS el ctrico 433 55 378 Ar Condicionado 27 o 2 Outros 2451 744 1708 224 Soma Watts hora dia 9428 2970 6458 225 Soma kWatts horaim s 283 89 194 poupan a 226 Soma kWatts hora ano 3441 1084 2357 227 228 preco kW hora 0 0778 0 1448 1 229 Euros dia 0 231 0 935 Sistema de gest o de recursos F 230 Euroim s 5 N o Sim Popsan 24 TOTAL mensal 35 88 3499 7 90 232 Factura mensal Figura A 5 Consumo m dio por habita o sem e com sistema de gest o e factura relativa a esse consumo
59. ased Options for Dynamic Deployment of Pricing amp Demand p E Poemes Response Services y Patinho Operational Reduced Line Losses Voltage Direct Control Feedback to Consumers of Energy Usage via Display Reduced Indirect Devices Meter Reading Praca e Transportation dd E Requirements with Improved Metering Greater j PEE Feedback Automated Meter amp Billing Efficiency with 3 onsumers via Readi Enhanced Measurement Device Innovation Improved Billing amp Verification Mav through Open Capabilities Standards Figura 60 Alguns beneficios das Smart Grids 75 Com o desenvolvimento das smart grids s o esperadas tamb m altera es a n vel do funcionamento dos mercados de energia el ctrica At agora o consumidor residencial n o possui um papel activo na compra de energia nos mercados A introdu o de sistemas de 59 medi o avan ados a varia o frequente dos pre os tanto em frequ ncia como em amplitude e dos consumos permitir ao consumidor uma participa o mais activa e influenciar a varia o dos pre os 76 As Smart Grids possibilitar o no futuro a comunica o bidireccional que permitir s utilities adoptar tarifas de pre os vari veis de acordo com a procura verificada influenciando o uso de energia 77 O desvio interrup o reparametriza o de determinadas cargas que j foram referidas no Cap tulo 4 1 o recurso a sistemas de armazenamento e a maximiza o da integra o das re
60. ceeeteceenteeeeneeees 22 Figura 16 Diagrama de carga m dio dos equipamentos de frio 23 Figura 17 Ciclo t pico de uma m quina de lavar roupa 22 24 Figura 18 Diagrama de carga m dio das m quinas de lavar roupa 22 24 Figura 19 Diagrama de carga m dio das m quinas de secar roupa 22 25 Figura 20 Ciclos t picos de uma m quina de secar roupa 22 33 25 Figura 21 Diagrama de carga m dio das m quinas de lavar lou a 22 26 Figura 22 Ciclos t picos de uma m quina de lavar lou a 22 33 27 Figura 23 Utiliza o dos modos de funcionamento dos equipamentos audiovisuais e diagrama de carca m dio 22 pirc ne ee a shes aaa a dan Egas eg a e case 27 Figura 24 Utiliza o dos modos de funcionamento dos equipamentos inform ticos e diagrama de carga m dio 22 mais atas aa ea iat q all a ado EES 28 Figura 25 Temperatura exterior e interior e consumo de energia de um sistema de ar condicionado 38 tos A EEE LESSA Rahs Be ESTIG TS Da 29 Figura 26 Compara o de um sistema de ar condicionado convencional com um do tipo Inverter Oss suas Ao a POCO NEEDS tt athe ie ee eas ee ee Figura 27 Modelo do term stato de um AC 42 eee eeeeerecereracanaa Figura 28 Consumo desagregado de um consumidor espec fico residencial 44 Figura 29 Consumo agregado de um consumidor espec fico residencial 44 Figura 30 Classifica o das cargas e pote
61. cimento das bases metodol gicas para o desenvolvimento dos algoritmos a serem implementados num sistema de gest o integrada de recursos energ ticos de acordo com o conceito de Energy Box Palavras chave Gest o integrada de recursos energ ticos An lise de recursos no sector residencial Smart Appliances Smart Grids Energy Box Abstract The current concerns regarding electricity consumption environmental issues namely Green House Gas GHG and fossil fuels price volatility have been leading to modifications in the Electrical Energy Systems Some of these changes have been possible due to technological developments in the following areas e distributed generation including microgeneration e energy storage due to the evolution of batteries and supercapacitors e Information and Communication Technologies that allow automated communication in short time periods and offer the consumer information about his her consumption and real time pricing In face of these changes and considering the directions of the evolution of Electrical Energy Systems the residential consumer who can be nowadays also a producer has the possibility to use his her energy resources in a more efficient way This includes production and or microcogeneration electricity buy or sell to the grid energy storage and load management From the consumer point of view this control should take advantage from the flexibility in load usage in order to minimize
62. cionam o tempo de vida til O tipo de bateria depende das reac es qu micas que ocorrem e que por sua vez dependem dos materiais usados e v o desde as baterias cidas de chumbo at tecnologias mais actuais como as de cloreto de n quel e s dio e de i es de l tio Figura 34 _ Lithium lon 110 140 Wh kg 1 Nickel Metal Hydride 50 75 Wh kg Specific Energy Nickel Cadmium 35 60 Whikg Nickel lron 4 30 40 Wh kg 1860 1910 1960 2010 Time ofiFirst Introduction 2008 Electric Power Research Institute Inc All rights reserved EPE Figura 34 Evolu o do desempenho das baterias 46 36 As caracter sticas mais importantes das baterias s o e a densidade de energia Wh dm gt quanto maior menos espa o ocupa e ociclo de vida quanto mais elevado maior a vida til e a energia espec fica Wh kg quanto mais elevada maior a autonomia e a pot ncia espec fica W kg quanto maior melhor desempenho e o tempo de recarga quanto mais baixo mais pr tico se torna Neste cap tulo ser o mais focadas as baterias de cido chumbo de n quel e de i es de l tio devido possibilidade da sua aplica o nos ve culos el ctricos e como apoio aos sistemas de produ o local de energia As baterias cidas de chumbo possuem densidade de energia baixa e um reduzido ciclo de vida enquanto que as baterias de n quel c dmio apesar de terem uma densidade de energia baixa
63. constante de tempo elevada tornando a um alvo potencial para qualquer um dos tipos de ac o pass vel de implementar ao n vel residencial desligar desvio altera o da parametriza o 0 700 7 0 600 0 500 0 400 Nota DU dia til SA s bado kW 0 300 DO domingo 0 200 0 100 0 000 00 00 02 00 06 00 08 00 10 00 12 00 14 00 16 00 18 00 20 00 22 00 04 00 DU SA DO Figura 13 Diagrama di rio m dio de 19 termoacumuladores 31 O aquecimento de guas tem vindo a ser feito recorrendo maioritariamente a esquentadores ou termoacumuladores el ctricos Outra forma de aquecimento de guas consiste no uso de colectores solares Cap tulo 6 1 2 o que permite poupan as significativas em combust vel energia el ctrica al m de possibilitar alguma flexibilidade em termos de gest o de carga nomeadamente em termos de parametriza o din mica do term stato 4 1 2 Equipamentos de frio Os equipamentos de frio tais como frigor ficos arcas congeladoras combinados s o respons veis por cerca de 20 do consumo t pico de energia el ctrica no sector residencial sendo a taxa de posse dos frigor ficos e combinados acima de 100 o que significa que em m dia em todas as habita es existe pelo menos um frigor fico e das arcas congeladoras de 50 segundo os dados de 2005 26 Tipicamente estas cargas apresentam um regime de funcion
64. cos de modo individualizado tendo em conta a gera o local o que possibilita o armazenamento de energia renov vel produzida em per odos de menor procura e a seu posterior inser o na rede durante per odos de maior procura Na Figura 66 poss vel observar a rela o entre os perfis tipo de consumo em baixa tens o normal em Portugal de utiliza o esperada do ve culo el ctrico e da produ o em regime especial Draing PERFIL TIPO DE 100 e UTILIZA O DO VE CULO i ELECTRICO 3 Recharge throughout gt the day whenever the Recharging O gridis available athome 01 02 03 O4 OS 0507 08 OF WH 12 13 14 15 16 17 18 18 23 21 22 23 00 5500 sono PERFIL TIPO DE CONSUMO EM z 4500 PORTUGAL EM BTN 4000 3500 3000 S Produ o em Regime Especial 2 500 2 000 E Ondas Fotov Hidraul ae E lica E Term 1 000 500 0 0 8 12 16 20 24 Horas Figura 66 Perfis de consumo BTN e de utiliza o do VE 54 e produ o em regime especial a 2 Agosto 2007 67 68 Um sistema de gest o com um algoritmo de optimiza o que permita a integra o do ve culo el ctrico e a maximiza o da integra o das energias renov veis apresenta ent o muitas vantagens com claros benef cios econ micos para o consumidor e facilitando a tomada de decis es possibilitando uma utiliza o optimizada dos v rios recursos energ ticos 69 10 Requisitos em termos de comunica o Para que a impl
65. dapta o da oferta procura 1 devendo o planeamento assegurar continuamente uma adequada capacidade do sistema relativamente evolu o da procura Habitualmente as empresas operavam no sector el ctrico em regime de monop lio e com uma estrutura vertical boa parte das vezes desde a produ o at entrega aos consumidores finais passando pelo transporte e pela distribui o Na forma o dos custos de fornecimento entravam factores como custos de capital de opera o e manuten o de mat ria prima fontes prim rias disponibilidade de renov veis h drica n vel da procura e perdas de energia no sistema entre outros Apesar de pelo menos os custos com os combust veis poderem variar frequentemente e independentemente do regime jur dico das empresas tipicamente o estabelecimento dos pre os de venda aos clientes finais fazia se de forma a passar os custos m dios de fornecimento aos consumidores numa base temporal n o inferior a um ano Mesmo as chamadas tarifas vari veis com a hora do dia reflectiam custos m dios nos diferentes per odos hor rios Neste cen rio as varia es de custos quer di rias quer sazonais com o fornecimento de energia eram passadas aos consumidores sem que estes se apercebessem em tempo real dessas varia es A altera o dos pre os das mat rias primas levou a que na optimiza o do funcionamento dos SEE se visse a procura como uma componente com alguma capacidade de reagir a est mu
66. das Tecnologias da Informa o e Comunica o nos Sistemas de Energia possibilitando leituras autom ticas e disponibilizando ao consumidor informa o acerca do seu consumo e de pre os em tempo real Face a estas mudan as e levando em conta o sentido da evolu o dos SEE o consumidor residencial que passou tamb m a poder ser produtor tem a possibilidade de utilizar de forma mais eficiente os diversos recursos energ ticos que tem sua disposi o como sejam a produ o e ou microcogera o a compra e ou venda de energia rede o armazenamento e a gest o de cargas Do ponto de vista do consumidor a capacidade de controlo destes recursos deve tirar o m ximo partido da flexibilidade de utiliza o apresentada por algumas cargas no sentido de minimizar a sua factura el ctrica sem perda de conforto e sem deprecia o da qualidade dos servi os de energia O facto da procura poder passar a ser tratada como um recurso control vel contribuindo para adiar a necessidade de investimentos no aumento de capacidade do sistema aumentando a fiabilidade do sistema e reduzindo a necessidade de recurso a centrais menos eficientes traz tamb m vantagens para os SEE Tendo em conta o n mero elevado de recursos energ ticos presentes no sector residencial pass veis de ser controlados a sua gest o integrada apresenta um grau de dificuldade elevado Numa primeira etapa do processo de optimiza o da gest o integrada de recursos necess
67. dendo contribuir para o aumento da ponta do diagrama de carga di rio smart charge estrat gia inteligente pressup e uma gest o activa com monitoriza o dos elementos ligados rede permitindo ao sistema controlar o carregamento do ve culo que ser feito no per odo mais adequado do ponto de vista dos impactos que possa ter na rede 54 No que diz respeito ao modo de carregamento das baterias existem duas modalidades carregamento lento carregamento que tipicamente demora entre 6 a 8 horas e que indicado como o preferencial dado que n o tem implica es graves no desempenho da bateria carregamento r pido carregamento que n o excede os 30 minutos e que indicado para situa es pontuais em que seja necess rio o prolongamento imediato da autonomia tendo no entanto implica es no desempenho da bateria 55 Por esse motivo necess rio recorrer a um controlo que interrompa a carga de modo a evitar o aumento excessivo da temperatura ou altera es qu micas significativas 49 Em rela o s baterias usadas as de ides de l tio apresentam uma capacidade de carga r pida bom funcionamento a baixas temperaturas e elevada vida til 14 tendo no entanto 42 alguns problemas de seguran a e um custo elevado J as baterias cidas de chumbo apesar do pior desempenho t m um custo mais baixo As baterias de hidretos met licos de n quel s o as que est o numa posi o interm dia em termos de desempenh
68. dispositivos por cada ZigBee Coordinator As topologias suportadas pelo ZigBee s o Figura 67 1 em estrela existe um controlador central a que se d o nome de PAN coordinator Personal Area Network respons vel pela comunica o entre os v rios dispositivos pelo que toda a informa o passa por este n 2 mesh possui tamb m um controlador central mas ao contr rio da topologia em estrela permite a comunica o directa entre os dispositivos do tipo FFD Coordinator Routers pelo que o coordinator j n o exerce um papel t o central 3 cluster tree tem semelhan as com a topologia anterior mas a distribui o das mensagens de controlo tem uma estrutura hier rquica cabendo ao coordinator assegurar o papel central O ZigBee Coordinator ZigBee Router ZigBee Endpoint a b Figura 67 Topologia da rede a em estrela b mesh c cluster tree 92 71 11 Implementa o do conceito Energy Box 11 1 Diferentes perspectivas A identifica o dos diferentes intervenientes na rede na sua perspectiva mais global e dos seus objectivos e interesses muito importante para o futuro desenvolvimento dos algoritmos capazes de gerir os v rios recursos energ ticos Do ponto de vista dos produtores existe e a capacidade de produ o dependente de investimentos em tecnologias centrais e a produ o dependente de v rios factores Tabela 7 Tabela 7 Produ o de electricidade e factores de q
69. do fornecimento usando fontes alternativas nomeadamente as energias renov veis No Cap tulo 3 abordada a Utiliza o Racional de Energia e a Gest o da Procura que se apresentam tamb m como uma op o no controlo do consumo de energia No Cap tulo 4 feita a caracteriza o da utiliza o de energia el ctrica do sector residencial apresentando se os principais consumos e taxas de posse dos equipamentos por habita o Para as cargas do sector residencial potencialmente control veis s o apresentados os diferentes ciclos de funcionamento apresentando se as cargas que podem ser interrompidas reagendadas e ou reparametrizadas Com base na categoriza o das cargas estabelecida e noutros pressupostos como a taxa de posse os consumos t picos e o padr o di rio de utiliza o dos v rios equipamentos desenvolvido um simulador que mostra o impacto das v rias ac es no diagrama de carga di rio deste sector Este simulador est explicado com maior detalhe no Anexo A No Cap tulo 5 tratado o armazenamento de energia seja associado aos ve culos el ctricos ou relativo a sistemas dedicados de armazenamento Estes sistemas de armazenamento podem ser facilmente inclu dos numa gest o integrada de recursos A quest o da microprodu o abordada no Cap tulo 6 apresentando se os sistemas que podem facilmente ser usados no sector residencial e a actual legisla o No Cap tulo 7 explica se o conceito de Smart Grid sendo
70. drog nio pellets 68 O processo de convers o pode ser baseado na combust o seguido da convers o do calor em energia mec nica que convertida 54 em energia el ctrica recorrendo a um gerador ou ainda na convers o electroqu mica de energia qu mica para energia el ctrica Figura 56 kg pA E A E C lula de a EA Sia E Combust vel fotovoltaico Combust vel Combust vel Combustivel no pist o no queimado ro essere na ore kee earl vapor ma String k a Convers o no Energia Energia Energia semi condutor Electricidace Electricidade Calor Combustao Outros Figura 56 Processos de convers o de tecnologias de micro cogera o 69 A interliga o destes sistemas dom sticos rede permite a venda de electricidade rede sendo o valor contabilizado atrav s dos sistemas de contagem Tendo em conta que o pico verificado nos diagramas de carga ocorre essencialmente a meio do dia e que numa resid ncia familiar os maiores consumos se verificam noite de esperar que estes sistemas possibilitem a venda de energia rede durante o dia a um pre o mais elevado devido elevada procura e que ao final do dia o consumidor compre a energia a um pre o mais baixo A adapta o do hor rio de funcionamento dos sistemas de micro cogera o aos picos de consumo nas redes pode ser feito com recurso ao armazenamento de energia t rmica 6 4 Microprodu o legisla o A produ o descentralizada d
71. e armazenamento de energia que est o em posi o de fornecer energia para consumo local ou para venda rede Do lado da procura temos e sinais que servem como inputs o estado das cargas ciclo de funcionamento e ordens dadas pelo consumidor o estado dos sistemas de armazenamento e o consumo das diferentes cargas e o estado dos sistemas de armazenamento incluindo as baterias de um ve culo el ctrico As decis es s o tomadas de acordo com as ordens dadas pelos algoritmos de controlo que levam em considera o os v rios inputs do lado da oferta e da procura tendo como objectivo minimizar a factura el ctrica do consumidor residencial em quest o Os estudos relativos ao consumo de energia el ctrica no sector residencial encontram se muitas vezes agregados o que n o permite a identifica o de comportamentos individuais Os h bitos e prefer ncias de cada consumidor e os diferentes recursos energ ticos que possui s o um factor chave na implementa o dos algoritmos Tamb m o car cter estoc stico respeitante utiliza o das diversas cargas deve ser considerado h bitos estilo de vida n mero de electrodom sticos e respectivos usos Em v rios estudos recorre se ao m todo de Monte Carlo para estabelecer simula es para o uso dos diferentes electrodom sticos 93 96 Todo o levantamento que foi feito nos Cap tulos anteriores justifica se precisamente com a import ncia da caracteriza o dos v rios recursos e com a
72. e electricidade em baixa tens o por consumidores particulares tem sido e continua a ser uma aposta conforme se pode ver pela Resolu o do Conselho de Ministros n 28 2010 de 15 de Abril em que foi aprovada a Estrat gia Nacional para a Energia 2020 ENE 2020 e que tem como principais objectivos e reduzir a depend ncia energ tica do pa s face ao exterior atrav s do aumento da produ o de energia a partir de recursos end genos e reduzir em 25 o saldo importador energ tico com a energia produzida a partir de fontes end genas e criar riqueza e consolidar um cluster energ tico no sector das energias renov veis em Portugal 70 55 Este programa j iniciado em 2007 resultou j na instala o de mais de 5400 unidades de microprodu o e que correspondem a aproximadamente 19 MW de pot ncia instalada em pouco mais de dois anos De acordo com o despacho de 30 de Dezembro de 2010 da DGEG a quota de liga o a realizar no ano de 2011 de 29 6 MW 71 O incentivo e remunera o da microprodu o varia consoante o regime e regime bonificado a remunera o tem como base a tarifa de refer ncia que vigorar data em que o processo de registo se considera conclu do devendo a pot ncia de liga o ser inferior a metade da pot ncia contratada n o ultrapassando 3 68kW ou em caso de condom nios 11 04 kW o De acordo com este regime a tarifa remunerat ria aplic vel durante um total de 15 a
73. ecnologias de micro cogera o Tal como as tecnologias de cogera o a micro cogera o assenta na produ o combinada de calor e electricidade Ao contr rio da produ o separada de calor e electricidade na produ o combinada a mesma quantidade de combust vel gera mais energia sendo as perdas menores Figura 53 e permitindo o aquecimento de espa os e de guas quentes sanit rias 53 Produ o Combinada de Calor e Electricidade e 100 Comest vel ae MEET 166 Combustivel Figura 54 Produ o combinada de calor e electricidade vs produ o separada 68 Os sistemas de micro cogera o dom sticos s o constitu dos pela tecnologia de convers o e por uma caldeira auxiliar Figura 55 Electricidade da Rede Consumo de electricidade Nota MCHP Micro Combined Heat and Power Sistema MCHP Ei icidade injectada na rede Carga t rmica Caldeira necess ria Auxiliar Figura 55 Esquematiza o de um sistema de micro cogera o dom stico 69 Existem diversas tecnologias de convers o sendo as mais conhecidas as micro turbinas e as mais recentes e mais competitivas as formadas por motores de combust o interna motores Stirling c lulas de combust vel e ainda os motores de expans o de vapor Estas tecnologias podem funcionar com quase todo o tipo de combust veis desde os f sseis at s energias renov veis biog s leo vegetal hi
74. ementa o do conceito de Energy Box seja poss vel tem de ser assegurada uma infra estrutura de comunica o que permita o fluxo dos dados necess rios tendo em conta que no contexto das smart grids os requisitos em termos de comunica o passam pela necessidade de e gerir activamente os v rios recursos energ ticos controlar a produ o local efectuar uma medi o mais detalhada e quase em tempo real dos consumos disponibilizar esses dados a diversas entidades entre os quais a utility e o consumidor e monitorizar o estado da rede e gerir activamente a rede Neste cap tulo ser focado o ZigBee uma vez que uma tecnologia j bastante usada em dom tica e que se prev que possa ser usada em futuros sistemas de gest o de recursos energ ticos j no contexto das smart grids com um reduzido consumo energ tico e elevada fiabilidade 90 Uma das recentes apostas da ZigBee Alliance tem sido precisamente na rea dos sistemas de gest o de energia com enfoque na possibilidade das utilities e outras empresas comercializadoras de energia comunicarem directamente com alguns equipamentos O ZigBee Smart Energy pretende facilitar a introdu o dos contadores inteligentes a implementa o de programas de Demand Response e programas de promo o da efici ncia energ tica 62 Algumas das caracter sticas mais importantes do ZigBee assentam e no seu reduzido consumo de energia e elevada fiabilidade e seguran a e nos dois es
75. enamento de energia diminuindo os picos de consumo conhecer as suas caracter sticas pre os que pratica sazonalidades a que est sujeita universo de clientes que possui os produtores a que est ligada e comparar com as da concorr ncia de modo a o optimizar os seus ganhos o optimizar a quota de mercado o cumprir com a qualidade de servi o a que se prop s nos contratos e exigida pela entidade reguladora No que diz respeito ao consumidor final interessa lhe a minimiza o da factura de energia el ctrica atrav s da o sensibiliza o para os consumos dos equipamentos que possui o altera o de consumos antecipar ou adiar a entrada ao servi o de determinados equipamentos em fun o do pre o do kWh regula o dos setpoints definidos nos sistemas de aquecimento de gua e do ambiente recorrendo ao uso de term statos inteligentes a optimiza o dos v rios recursos descritos ao longo deste trabalho entidade reguladora cabe lhe garantir condi es que permitam a satisfa o de forma eficiente da procura de energia el ctrica proteger o interesse dos consumidores no que diz respeito qualidade de servi o e aos pre os garantir s entidades concession rias a exist ncia de condi es para obten o do equil brio econ mico e financeiro necess rio ao cumprimento das suas obriga es fomentar a competi o regula o dos pre os m ximos e m nimos entre os produtores e os distribuidores
76. encial com Energias Renov veis e Cogera o PERCH Guia para os Usos Residenciais e Comerciais 86 69 Avalia o do potencial de tecnologias de micro cogera o em Portugal nos sectores residencial e de servi os Gomes F et al Portalegre Portugal s n 25 27 Novembro 2009 3rd International Congress on Energy and Environment Engineering and Management 70 Decreto Lei n 118 A 2010 71 Despacho DGEG de 30 de Dezembro de 2010 72 Moshari A et al Demand Side Behavior in the Smart Grid Environment 2010 IEEE PES Innovative Smart Grid Technologies Conference Europe ISGT Europe doi 10 1109 ISGTEUROPE 2010 5638956 2010 pp 1 7 73 United States Government Accountability Office Electricity Grid Modernization Progress being made on Cybersecurity Guidelines but Key Challenges Remain to be Addressed Online January 2011 http www gao gov products GAO 11 1177 74 Brown H E Siddarth S e Heydt G T Some Characteristics of Emerging Distribution Systems Considering the Smart Grid Initiative The Electricity Journal June de 2010 Vol 23 5 pp 1 12 75 Sponsored by DOE s Office of Electricity Delivery and Energy Reliability One of Six Smart Grid Stakeholders Books Consumer Advocates The Smart Grid An Introduction s l http www oe energy gov DocumentsandMedia ConsumerAdvocates pdf 76 Rosenfield M The Smart Grid and Key Research Technical Challenges 2010 Symposium on VLSI Technology
77. entos inform ticos s o cada vez mais usados no sector residencial e t m uma taxa de penetra o acima dos 50 26 Tal como os equipamentos audiovisuais estes tamb m s o deixados em modo standby sem necessidade Figura 24 27 50 gt gt mStand by Funcionamento w S Pot ncia W Reparti o do tempo Figura 24 Utiliza o dos modos de funcionamento dos equipamentos inform ticos e diagrama de carga m dio 22 O potencial de poupan a de energia nestes equipamentos encontra se ent o no seu desligar quando n o est o em uso e n o no seu desvio uma vez que n o se pode pedir ao consumidor por exemplo que use o seu computador mais cedo ou mais tarde 4 1 8 Equipamentos de climatiza o De acordo com a Figura 9 os sistemas de aquecimento e arrefecimento ambiente representam 17 do consumo de energia do sector residencial sendo que cerca de 60 das habita es possuem sistemas de aquecimento e apenas cerca de 5 sistemas de arrefecimento Figura 10 Esta rea tem apresentado uma tend ncia crescente devido por um lado ao relativamente fraco desempenho t rmico do parque edificado em Portugal e por outro lado ao aumento do poder de compra dos consumidores e s maiores exig ncias em termos de conforto que o aumento da idade da popula o geralmente induz 37 Os aparelhos usados para climatiza o incluem aquecedores el ctricos e a g s piso radiante sistemas de aquecimento cen
78. es altera es no seu normal funcionamento exigindo para isso a an lise de restri es quer em termos de qualidade de servi o fornecido quer em termos de ciclos de funcionamento Pode afirmar se que existem determinadas cargas no sector residencial que devido s suas caracter sticas de funcionamento e de consumo de energia s o mais adequadas a serem desligadas por breves instantes outras mais adequadas a desvios de consumos outras altera o dos par metros de funcionamento e outras que permitem um misto de ac es Algumas dessas caracter sticas prendem se com a exist ncia de uma constante de tempo elevada a vari vel de estado controlada pelas carga varia lentamente no tempo funcionamento n o cont nuo e tipo de controlo local A Figura 12 apresenta a estrutura do diagrama de carga hor rio no sector residencial Apesar de serem de duas fontes diferentes e para anos distintos nestes diagramas poss vel identificar a contribui o das diferentes cargas para a procura m dia global identificando se 19 nomeadamente a contribui o dos equipamentos de frio e termoacumuladores e o uso de m quinas de lavar roupa lou a equipamentos audiovisuais e inform ticos Esta informa o muito importante pois ao identificar a contribui o m dia de cada carga permite direccionar as ac es de gest o mais adequadas a cada uma das cargas no intervalo de tempo mais promissor em termos de potencial de ac es de
79. estas relevantes neste contexto no sentido em que fornecem a base tecnol gica para a implementa o de sistemas de gest o optimizados de recursos energ ticos No Cap tulo 8 define se Smart Appliances referindo o aproveitamento da microprodu o para alimentar estes electrodom sticos e as dificuldades de implementa o pr tica No Cap tulo 9 entra se finalmente na defini o da Energy Box como um sistema de gest o energ tica guiado pela procura sendo abordado no Cap tulo 10 a quest o da comunica o e no Cap tulo 11 a implementa o deste conceito No Cap tulo 12 s o tecidas as conclus es finais e sublinhada a import ncia desta an lise que permitir num trabalho futuro o desenvolvimento de algoritmos para gerir os v rios recursos energ ticos 2 Breve Contextualiza o A evolu o da tecnologia e das sociedades no s culo passado e a obriga o das companhias do sector el ctrico em servirem adequada e indiscriminadamente a pre os justos e acess veis e com qualidade de servi o qualquer consumidor levaram a que o desenvolvimento dos Sistemas de Energia El ctrica se orientasse no sentido da constru o de grandes centros produtores de energia que era depois transportada e distribu da at aos pontos de procura locais A preocupa o principal no funcionamento dos SEE era a garantia do abastecimento de forma continuada com a qualidade e fiabilidade requeridas e a pre os adequados atrav s de uma constante a
80. forto etc Este sistema de gest o de energia automatizado tem por objectivo tomar as melhores decis es face a um conjunto de vari veis que podem ir desde o pre o da energia as previs es de temperatura a disponibilidade de energia produzida por fontes renov veis at s prefer ncias do consumidor face ao uso de determinados equipamentos A Energy Box pretende explorar a flexibilidade que os consumidores t m em alterar alguns dos seus consumos de electricidade de modo a induzir altera es nos padr es de consumo atrav s de tarifas vari veis no tempo para obter um controlo ptimo do sistema global Energy Box Illustration External weather onditions Distributed wt generation srid conditions including real time price of electricity Plug in vehicle storage level and constraints Load shedding request Figura 63 Ilustra o do conceito de Energy Box 79 9 2 Energy Box e o consumidor A transmiss o de conhecimentos sobre o uso racional de energia el ctrica est na base da altera o dos comportamentos Parte se do princ pio que um consumidor consciente e conhecedor ter comportamentos energeticamente mais eficientes do que um consumidor que n o est a par dos comportamentos energeticamente eficientes e de tecnologias que permitam redu es de consumos No entanto s a transmiss o dos conhecimentos em si n o basta necess rio encontrar estrat gias que as
81. funcionamento de cargas Para al m dos benef cios para o consumidor este sistema contribui para a fiabilidade da rede n o prejudicando os outros intervenientes na rede produtores operador de rede distribuidores Uma vez que o consumo de electricidade em Portugal varia tamb m com a altura do ano Figura 71 e com as rotinas e prefer ncias dos consumidores a Energy Box e permitir gerir todos os recursos de acordo com as v rias restri es e trar benef cios quantific veis em termos o de poupan as energ ticas respeitando no entanto sempre as prefer ncias do consumidor o da diminui o das emiss es de GEE e adiar novos investimentos em centrais mais actuais e possibilitar o nivelamento da curva da procura agregada e melhoria do factor de carga 80 Hourly Electricity Demand Mainland Portugal 4 8 12 16 20 24 2007 Figura 71 Consumo de electricidade em Portugal Continental 97 De forma resumida a Energy Box traz vantagens tanto para o consumidor como para as utilities Tabela 8 Consumidor Utilities Tabela 8 Benef cios potenciais da Energy Box Benef cios potenciais Possibilidade de satisfa o das suas necessidades em termos de servi os de energia com menores custos atrav s da adequa o dos seus consumos recursos ao pre o da energia Controlo autom tico dos v rios recursos respeitando as prefer ncias do consumidor Evitar consumos desnecess rios Satisfa o pela eventual
82. gura 48 Sistema fotovoltaico aut nomo 59 O dimensionamento do sistema Figura 49 deve ser feito levando em conta e a caracteriza o dos consumos di rios de energia el ctrica e as flutua es de radia o durante o ano e as poss veis perdas da linha de convers o e de desajustamento resultantes da varia o da tens o observados pelo gerador solar nos terminais da bateria e o excesso esperado de produ o no Ver o e de reserva no Inverno 1 Consumo di rio de energia No Ver o de Maio a Agosto 0 656 kWh dia No Inverno de Novembro a Fevereiro 0 248 kWhi dia 2 Factor Z para a radia o horizontal na localiza o indicada Seleccionar o m s com a menor radia o para cada caso no Ver o Maio no Inverno Dezembro No Ver o Lisboa Maio Z 5 80 h dia No Inverno Lisboa Dezembro Z 1 95 h dia 3 Factor Z para a orienta o do gerador fotovoltaico ngulo de inclina o de 45 orientado para sul No Ver o Maio Z 0 94 No Inverno Dezembro Z 1 55 4 Factor Z4 tomando em conta a temperatura da c lula No Ver o Maio Z 0 88 No Inverno Dezembro Z4 1 02 5 Factor total V para as perdas da linha convers o e desajuste V 0 76 F rmula para calcular a pot ncia necess ria do gerador Ppy _ consumo di rio de energia W PPV Z xZ xZ xV Tabela 6 4 Esta o Consumo energ tico Pot ncia do di rio em kWh d Gerador em kWp Ver o Maio 0 656 kW
83. hidia Z 5 80 Z 0 94 Z4 0 88 V 0 76 0 5 Inverno Dezembro 0 248 kWhidia Z 1 95 Zs 1 55 Z 1 02 V 0 76 0 5 Figura 49 Descri o da escolha do gerador fotovoltaico exemplo para uma casa de f rias 59 49 Uma forma de compensar pelo menos parcialmente a disponibilidade localizada no tempo da energia solar reside na combina o com uma outra fonte de energia Figura 50 com uma disponibilidade temporal diferente O uso de um gerador e lico uma boa op o uma vez que a energia solar e a energia e lica t m frequentemente disponibilidades temporais diferentes Consumidor i Gerador Gerador fotovoltaico e lico Bateria Figura 50 Sistema h brido 59 J um sistema fotovoltaico com liga o rede composto 1 pelo gerador fotovoltaico pela caixa de jun o pelos cabos AC DC pelo inversor e gt da pelo mecanismo de protec o e aparelho de medida Figura 51 Figura 51 Sistema fotovoltaico ligado rede 62 59 50 6 1 2 Solar t rmico Os colectores solares convertem a radia o de onda curta em calor Este calor gerado pela absor o dos raios solares sendo posteriormente o calor transferido para o flu do de transfer ncia t rmica Este flu do por sua vez flui para o tanque de armazenamento de gua quente sendo ent o o calor transferido para a gua pot vel atrav s de um permutador de calor Estes sistemas s o no
84. ial incentives Environment and Behavior 2002 Vol 34 pp 848 863 86 Darby S The Effectiveness of Feedback on Energy Consumption A Review for Defra of Environmental Change Institute Oxford Institution 2006 A Review for Defra of the Literature on Metering Billing and Direct Displays 87 Fischer C Feedback on household electricity consumption a tool for saving energy Energy Efficiency 2008 pp 79 104 88 Watson J et al Unlocking the Power House Policy and system change for domestic micro generation in the UK Brighton SPRU 2006 89 Albadi M H e El Saadany E F A summary of demand response in electricity markets Electric Power Systems Research 2008 78 pp 1989 1996 90 ZigBee The choice for Energy Management and Efficiency ZigBee White Paper s l www zigbee org June 2007 91 Eady F Hands on ZigBee s l Elsevier 2007 92 Silva A T M dulos de Comunica o Wireless para Sensores s l FEUP 2007 Tese Licenciatura 93 Carpaneto E e Chicco G Probabilistic characterisation of the aggregated residential load patterns IJET Generation Transmission amp Distribution 2008 Vol 2 3 pp 373 382 94 Jardini J A et al Daily load profiles for residential commercial and industrial low voltage consumers IEEE Transaction on Power Delivery 2000 Vol 15 1 pp 375 380 88 95 Heunis S W e Herman R A probabilistic model for residential consumer loads IEEE
85. igura 55 Esquematiza o de um sistema de micro cogera o dom stico 69 54 Figura 56 Processos de convers o de tecnologias de micro cogera o 69 55 Figura 57 A procura vista como um recurso flex vel 30 57 Figura 58 Esquematiza o do conceito de Smart Grids 73 58 Figura 59 Caracter sticas de um sistema de distribui o inteligente 74 eee eeeeeeeeseeeeneeeees 59 Figura 60 Alguns benef cios das Smart Grids 75 errar ereeaneaeraanea 59 Figura 61 Esquematiza o do conceito de Smart Appliance 30 61 Figura 62 Descri o esquem tica de ac es sobre cargas no sector residencial 30 64 Figura 63 Ilustra o do conceito de Energy Box 79 errar 65 Figura 64 Factores que motivam comportamentos 81 66 Figura 65 Potencial do impacto do uso de smart meters feedback directo 88 67 Figura 66 Perfis de consumo BTN e de utiliza o do VE 54 e produ o em regime especial a 2 ACOSO 2007 OT kn E OS OS E 68 Figura 67 Topologia da rede a em estrela b mesh c cluster tree 92 71 Figura 68 Aspectos a considerar para o desenvolvimento dos algoritmos 75 Figura 69 Distribui o das cargas por categorias sssessesssessseeesseeessressressreeseeesseeesseessresseessees 78 Figura 70 Catego
86. imento tecnol gico de novos grupos geradores mais eficientes e mais baratos impulsionaram a evolu o dos SEE no sentido da produ o distribu da Este tipo de produ o ao ser injectada mais pr ximo dos centros de carga contribui para uma redu o das perdas al m de no caso das fontes renov veis contribu rem ainda para a diminui o da depend ncia externa diminuindo os desequil brios na balan a de pagamentos ktep 20 000 18 000 16000 4 14 000 12 000 10 000 8 000 6000 4 4000 4 2000 Electricidade A amp A Transportes Global Nota A amp A Aquecimento e Arrefecimento Figura 1 Consumo de energia final em Portugal entre 1990 e 2008 2 No entanto a aposta nas energias renov veis nomeadamente na solar e e lica imp e a necessidade de lidar com a sua variabilidade Esta necessidade t o mais premente quanto maior a taxa de penetra o destes recursos Outro aspecto que tem despertado muito interesse em termos de investiga o e estudos de campo a gest o da procura qual atribu do um papel muito mais interventivo no funcionamento dos sistemas aumentando a necessidade de comunica o e an lise de dados e informa o Assiste se assim a uma altera o de paradigma ao n vel dos SEE por um lado a descentraliza o da produ o e o recurso a fontes prim rias alternativas principalmente renov veis e por outro lado a altera o do tr
87. impactos A utiliza o racional de energia el ctrica URE uma quest o estrat gica que pode levar n o s a redu es no consumo de electricidade mas tamb m redu o das emiss es poluentes que est o associadas convers o de energia bem como ao adiamento da necessidade de investimento no aumento de capacidade do SEE A URE posiciona se assim como instrumento provavelmente nico capaz de contribuir para e uma redu o da depend ncia energ tica do exterior e aumento da seguran a no abastecimento e o aumento da competitividade da economia nacional e o cumprimento dos objectivos da pol tica ambiental do pa s A utiliza o eficiente de electricidade tem vindo a ser promovida recorrendo a por exemplo programas desenvolvidos pelas empresas distribuidoras designados por programas de Gest o da Procura Demand Side Management DSM Estes programas visam influenciar o modo como o consumidor usa a energia el ctrica de forma a produzir altera es nos diagramas de carga nomeadamente reduzindo picos e preenchendo vales Figura 4 e Tabela 1 Corte de pontas g AN e Conserva o estrat gica 4 Enchimento de vales 4 Crescimento estrat gico AN gt m Desvio de consumos 4 4 Diagrama Flex vel Figura 4 Estrat gias de controlo de cargas 13 Tabela 1 Descri o das estrat gias de controlo de cargas 14 Objectivos das estrat gias de DSM Desvio de
88. ing methods Tools for decision making European Journal of Operational Research 2009 Vol 199 pp 902 907 9 Liu X Economic Load Dispatch Constrained by Wind Powere Availability A Wait and See Approach IEEE Transactions on Smart Grid 2010 Vol 1 3 10 On the Use of Energy Storage Technologies for Regulation Services in Electric Power Systems with Significant Penetration of Wind Energy Yang Bo et al Lisboa s n 2008 5th International Conference on European Electricity Market pp 1 6 11 Moura P S e de Almeida A l T The role of demand side management in the grid integration of wind power Applied Energy 2010 Vol 87 pp 2581 2588 12 Abrahamse W et al A review of intervention studies aimed at household energy conservation Journal of Environmental Psychology 2005 Vol 25 pp 273 291 13 Gellings C W e Chamberlin J H Demand side management Concepts amp Methods s l The Fairmont Press Inc 1993 82 14 Moura P Metodologias e Tecnologias para a Integra o em Larga Escala de Fontes Renov veis Intermitentes s l Tese de Doutoramento da Universidade de Coimbra 2010 15 Teleke S et al Rule Based Control of Battery Energy Storage for Dispatching Intermittent Renewable Sources IEEE Transactions on Sustainable Energy October de 2010 Vol 1 3 16 Abaravicius J e Pyrko J Load Management from an Environmental Perspective Energy amp Environment 2006 Vol 17 4
89. lem veis etc 28 Para al m dos h bitos e rotinas o comportamento dos consumidores tamb m fortemente influenciado e pelas restri es econ micas e pelos incentivos econ micos 18 e pelo grau de consciencializa o e o conhecimento em rela o ao uso racional de energia e pela no o de que altera o de h bitos n o implica deixar de usar determinados aparelhos nem a perda de qualidade de vida e pela facilidade e vontade de adoptar novos comportamentos Mas se por um lado o comportamento dos consumidores est estritamente relacionado com a capacidade de assegurar o sucesso de medidas de promo o da efici ncia energ tica e consequente diminui o das emiss es de GEE por outro as pr prias medidas e pol ticas e os programas de utiliza o racional de energia devem ambicionar conseguir mudar esses mesmos comportamentos e h bitos Figura 11 Os comportamentos e os conhecimentos condicionam o sucesso das pol ticas e medidas de promo o da efici ncia energ tica As pol ticas e medidas de promo o da efici ncia energ tica devem conseguir chegar a todos os consumidores alterar esses comportamentos e responsabilizar cada um pelas suas ac es Figura 11 Os dois lados do factor comportamental 4 1 Caracteriza o de diferentes cargas A diversidade de caracter sticas e modos de utiliza o de cargas permite a implementa o de medidas que resultam em diferent
90. localiza o os 1 000 W m ao meio dia Ao adicionar a quantidade total da radia o solar que incide na superf cie terrestre durante o per odo de um ano obt m se a irradia o global anual medida em kWh m 2 59 Esta par metro varia de um modo significativo com as regi es como se pode observar na Figura 47 47 Figura 47 Disponibilidade do recurso solar 60 61 6 1 1 Solar fotovoltaico Os sistemas fotovoltaicos podem ser sistemas aut nomos ou ligados rede Enquanto que nos sistemas ligados rede a pr pria rede opera como um acumulador ou fonte de energia nos sistemas aut nomos o aproveitamento da energia solar deve ser devidamente ajustado procura Nos sistemas aut nomos em que haja desajustes entre a energia produzida e a procura de energia pode recorrer se aos sistemas de armazenamento tais como as baterias recarreg veis que foram referidas no Cap tulo 5 1 ou mesmo meios de apoio complementares que permitam a implementa o de um sistema h brido e assim conseguir atingir o equil brio entre gera o e procura No que diz respeito ao armazenamento de energia a sua utiliza o implica o recurso a reguladores de carga que fa am a gest o do processo de carga de modo a garantir uma elevada fiabilidade e a maximiza o do tempo de vida das baterias Um sistema aut nomo t pico encontra se esquematizado na Figura 48 48 Gerador Regulador fotovoltaico de carga Consumidor Bateria Fi
91. los no sentido de alterar quer a sua forma quer a sua amplitude Apesar de desde a d cada de oitenta se fazerem esfor os para conceber e implementar medidas promovendo a altera o dos padr es da procura visando o funcionamento ptimo dos SEE esta foi quase sempre vista como uma vari vel n o control vel ou ent o avaliada isoladamente sem grande impacto ao n vel do planeamento e funcionamento dos sistemas A crescente electrifica o das nossas sociedades cada vez mais urbanas tamb m se prende com as caracter sticas da pr pria energia el ctrica nomeadamente o arelativa facilidade de transporte e de obten o a partir de outras fontes o a sua flexibilidade de convers o em trabalho til o o facto de n o ser poluente de uma forma vis vel ao n vel da utiliza o final Outra das suas caracter sticas n o ser t cnica e economicamente vi vel por enquanto o seu armazenamento em grandes quantidades A constante necessidade de satisfa o da procura implica ent o um cont nuo equil brio entre a produ o e a procura mais perdas devendo os SEE ser dimensionados para satisfazer a procura m xima ainda que tal possa ocorrer apenas durante algumas horas ou mesmo minutos durante o ano As press es e preocupa es ambientais a quest o da volatilidade dos pre os dos combust veis f sseis a forte depend ncia externa bem como o cont nuo crescimento do consumo de energia Figura 1 associados ao desenvolv
92. m quina de lavar lou a termoacumulador aquecedor microondas ferro de engomar ilumina o Figura 29 Consumo agregado de um consumidor espec fico residencial 44 32 Potencial estimado para um consumidor espec fico para uma ter a feira 3000 Cargas n o control veis Cargas control veis E Cargas ajust veis no tempo 2500 2000 w 1500 1000 500 00 00 01 00 02 00 e 8 8 8 8 8 88 8 8 8 8 8 8B 8 8 8 8 8 3s 3 6 8 5 8 8 2 8 38 E 4 8 ER 3 RA 22 00 23 00 Figura 30 Classifica o das cargas e potencial estimado para um consumidor espec fico residencial No universo dos consumidores residenciais de Portugal esse potencial est apresentado na Figura 31 sendo uma fatia bastante significativa para o tratamento da procura como um recurso capaz de se gerido Outras Cargas BB Cargas n o controlavels Cargas ajust veis no tempo Cargas controlavels 1750 o 1234567 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 Horas Figura 31 Classifica o das cargas e potencial estimado para o sector residencial adaptado da Figura 9 de acordo com a classifica o das cargas importante referir que nesse gr fico a fatia correspondente a Outras Cargas n o foi categorizada uma vez que representa v rias cargas incluindo e cargas n o control veis como o aspirador torradeira varinhas m gicas entre outras e cargas que podem ser reparametrizadas como o
93. mas de demand response segundo tr s pontos de vista Consumidor o diminui o dos custos com a aquisi o de energia consequ ncia da redu o da procura em certos per odos do dia em virtude dos est mulos recebidos por exemplo Mercado o redu o do pre o do kWh como resultado de uma utiliza o mais eficiente das infra estruturas dispon veis incluindo a minimiza o da entrada ao servi o de unidades de produ o com custos elevados 13 O O possibilidade dos consumidores controlarem os seus consumos influenciando de certo modo os mercados e melhorando a concorr ncia redu o da volatilidade dos pre os no mercado spot e Sistemas de energia O possibilidade do aumento da capacidade a curto prazo uma vez que os picos de procura diminuem adiamento da necessidade de investimento em novas infra estruturas e centrais de produ o diminui o da probabilidade de ocorr ncia de interrup es na rede devido diminui o dos picos e participa o activa dos consumidores maior diversidade de fontes de produ o de energia el ctrica para assegurar a fiabilidade do sistema 3 1 1 Load Response Os programas de load response s o dirigidos pelo operador respons vel pela gest o de cargas e respondem a pedidos de redu o de carga n o existindo praticamente interven o por parte do consumidor 14 conforme se pode ver na Tabela 2 Programa Controlo directo de cargas Cor
94. ncial estimado para um consumidor espec fico residencialas ects esate Doni anta ais hac cases al iva ao nada S 0 UR nd TE ERE ia ab tas dE SAR Figura 31 Classifica o das cargas e potencial estimado para o sector residencial adaptado da Figura 9 de acordo com a classifica o das cargas ssssssessseeesseeessressresseeeseesseeesseessresseessees Figura 32 Impacto no diagrama de carga di rio de acordo com os dados de entrada para diferentes n veis de ades o dos consumidores s ac es de controlo Figura 33 Exemplo de um diagrama de carga e do poss vel recurso aos sistemas de armazenamento de enero a AS as a E E E cota era eaa cones R ena Figura 34 Evolu o do desempenho das baterias 46 erre Figura 35 Compara o de diferentes tecnologias 48 49 Figura 36 Perfil de descarga de v rios tipos de baterias a uma taxa de descarga de aproximadamente C S 40 sacras artsiecso seno vadaniea da apitad aaa dada e ead Ud aca RAMO ao dada Lad an aid danada Figura 37 Compara o da performance das baterias a 20 C 49 Figura 38 Curvas de carga caracter sticas a corrente constante a 20 C de alguns tipos de bateria 49 seas tute mars nas Sos A tose SUIS A as SUE cao ae Eee UR as ate aad ko ET a UU UE Cos ddr und Figura 39 Carregamento de uma bateria de ides de l tio 50 Figura 40 N mero de ciclos vs profundidade de descarga 10 Figura 41 Tipos de bateria para os ve culos el c
95. nos contados desde o 1 dia do m s seguinte ao do in cio do fornecimento subdivididos em dois per odos o primeiro com a dura o de 8 anos e o segundo com a dura o dos subsequentes 7 anos No final do per odo de 15 anos o produtor ingressa no regime geral A tarifa de refer ncia fixada em 400 MWh para o primeiro per odo e em 240 MWh para o segundo sendo o valor de ambas as tarifas sucessivamente reduzido anualmente em 20 MWh 70 o A tarifa a aplicar varia consoante o tipo de energia prim ria utilizada sendo determinada mediante a aplica o das seguintes percentagens Solar 100 E lica 80 H drica 40 Co gera o a biomassa 70 Pilhas de combust vel com base em hidrog nio proveniente de microprodu o renov vel percentagem prevista nas al neas anteriores aplic vel ao tipo de energia renov vel utilizado para a produ o do hidrog nio Co gera o n o renov vel 40 e regime geral o valor da remunera o igual ao valor pago pela energia comprada Com o aumento do n mero de microprodutores e com condi es tarif rias din micas que podem mudar em tempo real os prosumers ter de tomar decis es sobre como e quando produzir consumir ou vender energia Mais uma vez se sublinha a necessidade de um sistema que permita a gest o integrada dos v rios recursos que t m vindo a ser analisados 56 7 O conceito de Smart Grids
96. nov veis ter o forte impacto na procura e no consumo de energia pelo que ser o sentidas altera es na elasticidade pre o da procura O aumento da elasticidade traduzir se em benef cios tanto para o mercado el ctrico como para o consumidor 772 De modo resumido pode se dizer que a evolu o do sistema de distribui o de energia tradicional para as smart grids trar vantagens para todos os intervenientes da rede para al m de contribuir para a integra o das renov veis e diminui o da depend ncia de combust veis f sseis O recurso a sistemas de gest o possibilitar tamb m que os consumidores tirem partido das varia es dos pre os e adaptem o seu consumo incluindo o armazenamento Por outro lado a cont nua monitoriza o da procura e a comunica o bidireccional permitir s utilities conhecer quase em tempo real os consumos de modo a optimizarem o mix das fontes de energia el ctrica 76 5 a ange p 7 Empresa que presta um servi o p blico neste caso no sector el ctrico 6 E 3 DES as E A elasticidade pre o da procura d a varia o na quantidade procurada face a uma varia o no pre o constituindo uma medida de sensibilidade dos consumidores a varia es no pre o dos produtos 60 8 O conceito de Smart Appliances 8 1 Defini o do conceito V rios estudos t m sido feitos em torno da necessidade de e reestrutura o das redes de electricidade para lidar com a intermit ncia das fontes
97. nt rias controlo directo de cargas programas de emerg ncia sem penaliza es para o consumidor e programas em que est o previstas penaliza es para os consumidores no caso de as redu es de pot ncia pedida rede n o serem de acordo com o contratualizado interrup o corte de cargas licita es de energia A grande diversidade de programas leva que a sua utilidade seja avaliada a diferentes escalas de tempo de acordo com o tipo de programa Figura 8 Alguns desses programas controlo directo ininterruptibilidade emerg ncia podem ser usados como resposta a quest es de fiabilidade do SEE ou a picos de pre os estando dispon veis num curto espa o de tempo H outros cujos impactos s o duradouros programas de promo o da efici ncia energ tica e que podem ter consequ ncias no planeamento dos sistemas de energia Escala de tempo s o Resposta da procura baseada nos pre os Efici ncia Tarifa de Energ tica Per odo de uso Redu o da pot ncia e das cargas Anos de planeamento Meses de e Pr prio dia lt 15 min planeamento despacho acordos e Programas de ic le Programas de emerg ncia Controlo servi os de sistema e de interrup o directo de servi os especiais __ cargas Resposta da procura baseada em incentivos Figura 8 Impacto temporal dos programas de demand response 25 Alguns dos beneficios dos progra
98. nte dos padr es de consumo nem dos equipamentos que mais contribuem para esse consumo e o facto dos consumidores n o verem os pre os em tempo real ou aproximadamente em tempo real e a impossibilidade de armazenamento de electricidade em condi es t cnicas e econ micas atractivas constata se que a elasticidade pre o da procura de electricidade muito baixa Esta baixa elasticidade pre o da procura da electricidade no sector residencial faz com que a exist ncia de sistemas autom ticos de gest o e controlo seja premente quando se pretende tirar partido quer dos pre os em tempo real ou pelo menos com varia es temporais mais frequentes quer do potencial do sector para programas do tipo A disponibiliza o da informa o de pre os em tempo real e o uso da Energy Box permite que um consumidor reduza o seu consumo durante per odos cr ticos que tire partido 67 de per odos em que o kWh tem um pre o mais reduzido e que maximize os benef cios provenientes do recurso a sistemas de microgera o contribuindo para o equil brio oferta procura que deve existir nos SEE 89 Em oposi o ao conceito de Smart Appliances o controlo ser mediante a implementa o de um sistema que gere conjuntamente todos os recursos energ ticos e n o atrav s de um controlador interno em cada aparelho que reage consoante os sinais de entrada Idealmente este sistema permitir tamb m a gest o do carregamento dos ve culos el ctri
99. o Voltage Charge control 0 1 0 2 0 3 0 Time hours Figura 39 Carregamento de uma bateria de i es de l tio 50 importante referir que a profundidade de descarga de uma bateria influencia o seu tempo de vida Na Figura 40 poss vel ver o n mero total de ciclos vs a profundidade de descarga o n mero de ciclos diminui medida que a profundidade de descarga aumenta para v rios tipos de baterias 10000000 1000000 RE x a ee 300000 TE O axo o 5 E are s 10000 z E en ee x kd E oe A 1000 E x E x x x x 100 0 20 40 60 80 100 120 f Profundidade de ZnBr Vanadium Redox Regenesis descarga Lead acid gelled x Ni Cd Consol e Adv Ni MH Pesaran Li lon Pesaran Adv Li lon Pesaran NaS NGK Figura 40 Numero de ciclos vs profundidade de descarga 10 Tamb m o regime de carregamento das baterias influencia a seu tempo de vida devido ao efeito mem ria 49 O efeito mem ria pode ocorrer quando uma bateria descarregada e recarregada repetitivamente sem que ocorra uma descarga carga mais profunda i e at ao valor indicado pelo fabricante e revela se na diminui o da capacidade de carga da bateria Nas baterias mais recentes nomeadamente nas de ides de l tio esse efeito n o se verifica 40 pelo que o seu carregamento pode ser interrompido J em baterias como as Ni Cd e Ni MH esse efeito pode ocorrer pelo que se deve respeitar as indica es d
100. o de ac es dividido em duas categorias consoante sejam incentivados por e pre os vari veis com a hora do dia programas baseados no per odo hor rio time based programs n o existindo outros est mulos e est mulos que s o dados se o consumidor reagir a alguns sinais e alterar o seu consumo programas baseados em incentivos incentive based programs Figura 7 Demand Response v Y Programas Programas baseados no baseados em per odo hor rio incentivos Programas de Controlo directo per odo de uso de cargas Frogramaside Interrup o Corte gt pre os em tempo E pre p de cargas real Programas de pre o de per odos Licita es de cr ticos para a energia rede Programas de E e emerg ncia Figura 7 Planeamento dos programas de demand response 24 Nos programas baseados em pre os vari veis com a hora do dia os est mulos s o dados directamente pelos sistemas tarif rios Talvez o exemplo mais implementado seja o das tarifas baseadas no per odo de uso A exist ncia para alguns consumidores de day ahead pricing j uma realidade e a sua disponibiliza o a mais consumidores pode estar para breve pelo que este tipo de programas vai continuar a ser um dos principais instrumentos para estimular altera es no lado da procura 12 No caso dos programas baseados em incentivos existem alternativas volu
101. o desse sistema de gest o importante conhecer as caracter sticas quer das fontes alternativas de energia quer dos recursos existentes no lado da procura identificando usos finais Figura 2 potencialmente control veis restri es operacionais e eventuais prefer ncias dos utilizadores bem como as tecnologias de armazenamento de energia dispon veis O passo seguinte consiste no desenvolvimento de algoritmos de gest o baseados na informa o previamente recolhida incluindo o modo de funcionamento dos diferentes equipamentos e as suas caracter sticas para al m de informa o como pre os e necessidades em termos de consumo 23 20 B frigorifico arca B entretenimento escrit rio B ilumina o B m quinas de lavar secar 14 O cozinhar B aquecimento de gua D aquecimento arrefecimento outros 16 nB 5 11 Figura 2 Contribui o de alguns usos finais para o consumo no sector residencial 7 No que diz respeito s fontes de energia renov veis necess rio ter em conta a sua variabilidade Conv m assinalar por exemplo que uma parte substancial da gera o e lica ocorre em horas em que o consumo de energia baixo e vice versa Na Figura 3 verifica se que medida que a temperatura aumenta o consumo de energia el ctrica aumenta sobretudo devido ao uso de sistemas de ar condicionado 8 podendo a produ o e lica diminuir eventualmente nesse per odo 9 10 Neste contexto o uso de um sistema
102. o e custo A Tabela 4 apresenta um resumo entre este tipo de baterias para ve culos el ctricos Tabela 4 Caracter sticas de algumas das baterias 52 Energia i wae am Custos Seguran a Problemas Wh kg ciclos PbA 30 50 200 300 Xx Est vel Baixa energia NiMH 60 80 300 500 3X Est vel Op o intermedi ria N o lidera em custo nem em desempenho Ion NCA 100 130 gt 800 5X Necessitam Custo e l tio NMC 100 130 gt 1 000 de prote o seguran a LFP 90 110 gt 2 000 5 4 Importancia dos sistemas de armazenamento Considerando um cen rio em que existem tarifas din micas para os v rios sectores que variam de acordo com a produ o de energia el ctrica e a procura e assumindo uma penetra o importante dos sistemas de produ o descentralizada de energia el ctrica e dos ve culos el ctricos os sistemas que possibilitem o armazenamento de energia assumem grande import ncia Apesar de actualmente existirem incentivos financeiros para a microprodu o bastante satisfat rios e ainda a obriga o por parte do Comercializador de ltimo Recurso da compra da energia produzida a um pre o mais elevado do que aquele a que vendido por esse comercializador esses incentivos diminuem ao longo do tempo e chegar um ponto em que o lucro da venda da energia para o consumidor ser nulo Face a tal situa o os sistemas de armazenamento poder o assegurar ao consumidor residencial o fornecimento de energia el ctrica q
103. o fabricante 5 2 Supercondensadores Os supercondensadores apresentam vantagens em rela o s baterias apresentando um tempo de resposta mais r pido e um ciclo de vida elevado Tal como um condensador estes sistemas armazenam energia separando as cargas negativas das positivas sendo no entanto a densidade de energia bastante superior no caso dos supercondensadores 10 Os supercondensadores praticamente n o exigem manuten o e como o seu desempenho n o se degrada com os ciclos de carga e descarga completos tem um tempo de vida til muito elevado Como a sua densidade de pot ncia extremamente alta podem entregar toda a energia que foi armazenada de forma muito r pida A sua principal desvantagem reside na baixa densidade de energia As aplica es mais comuns s o em sistemas de armazenamento de energia em que se necessita de um r pida resposta e mais recentemente em ve culos el ctricos funcionando como uma fonte complementar de energia el ctrica prolongando o tempo de vida das baterias 5 3 V2G O conceito de V2G assenta na possibilidade de fornecimento e absor o de energia el ctrica da rede quando o ve culo se encontra parado por um determinado per odo de tempo 51 Tal deve se ao facto das baterias que se podem usar nestes ve culos poderem funcionar tamb m como sistemas de armazenamento Figura 41 que podem ser geridos dinamicamente quer respondendo a objectivos do seu propriet rio quer como resposta a
104. om este problema assentam ou podem vir a assentar e no uso de sistemas de armazenamento quando h uma maior produ o e lica e que pode incluir a bombagem de gua em centrais h dricas revers veis 52 e na aposta nas t cnicas de gest o da procura e aumento da efici ncia energ tica com o intuito de diminuir a procura Diagrama de Produ o E lica 02 08 2010 E Executar Parques E licos com Telemedidas BE 2 200 2 000 1 800 1 600 1 400 1 200 1 000 800 600 400 200 o 01234567 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 Horas Pot ncia Gerada Pot ncia Prevista Pot ncia Dispon vel Nota Informac n relativa aos naraues e licos que nossuem telemedidas com a RFN Diagrama de Carga da RNT 02 08 2010 E Executar 5 000 4 500 4 000 E 3 500 3 000 2 500 01234567 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 Horas Carga Prevista Carga Verificada Figura 53 Diagrama de produ o e lica e diagrama de carga 2 de Agosto de 2010 67 Para uso dom stico os geradores e licos apresentam uma gama de pot ncias t picas das turbinas desde 500 W a 10 kW e podem ser usados em unidades isoladas ou ligadas rede 6 3 Micro cogera o De acordo com a Directiva Europeia 2004 8 CE as tecnologias de cogera o de elevada efici ncia com uma capacidade m xima de produ o de energia el ctrica at 50 kW s o denominadas por t
105. procura y v Y Efici ncia Conserva o Demand Response r ii Controlo directo de Ofertas do lado da Tarifas hor rias cargas rocura J A N BO Neco Figura 6 Estrat gias de DSM 17 O Demand Response est directamente relacionado com a capacidade dos consumidores de energia el ctrica responderem de modo autom tico a sinais para alterarem a sua procura tais como a varia o dos pre os e sinais de emerg ncia Essa altera o pode passar pelo desvio do funcionamento de algumas cargas para outros per odos pela interrup o do funcionamento de algumas cargas e o ligar de outras ou pela altera o de par metros que definem o estado de algumas cargas Como j foi referido anteriormente uma das maiores barreiras a uma maior pr actividade da procura foi a pouca visibilidade por grande parte dos consumidores da varia o dos custos de satisfa o da procura Todavia numa situa o em que tal barreira n o se fa a sentir de forma t o intensa e tendo os fornecedores flexibilidade para aumentar ou reduzir os pre os de acordo com v rios factores que influenciam os custos totais da energia ao longo do tempo os consumidores t m est mulos para reagirem de modo a contrariar essas varia es de pre os Podem por exemplo como forma de resposta ajustar o seu consumo ou procurar alternativas de fornecimento de energia tal como sistemas de armazenamento ou fon
106. renov veis Energia E lica Serranho H s l Grupo GENERG 2010 Jornadas T cnicas da Regi o Centro Ordem dos Engenheiros 57 Contributo das Energias Renov veis em 2020 Bernardo J s l DGEG 2010 F rum Renov veis Magazine 58 apren Roteiro Nacional das Energias Renov veis Aplica o da Directiva 2009 28 CE 2010 59 GREENPRO Energia Fotovoltaica manual sobre tecnologias projecto e instala o 2004 60 Impacte Ambiental associado s Aplica es de Energia Solar E lica e dos Oceanos Mendes J F s l LNEG 4 Confer ncia Nacional de Avalia o de Impactes 61 Energias Renov veis em Portugal Joyce A Lisboa INETI 2005 62 ENERgy Saving Information for Generation and Consumption Networks D 2 3 ENERsip Platform Reference Architecture 2010 63 GREENPRO Energua SolarT rmica manual sobre tecnologias projecto e instala o 2004 64 Li Q et al On the determination of battery energy storage capacity and short term power dispatch of a wind farm IEEE Transactions on Sustainable Energy 65 Holttinen H et al Design and operation of power systems with large amounts of wind power s l International Energy Agency 2007 IEA WIND Task 25 66 Schneller C Integrating wind power into the power supply system Intelligent Policy Options 2004 67 REN Online http www centrodeinformacao ren pt 68 Intelligent Energy Europe Producdo de Electricidade para Uso Resid
107. rio ter em conta as previs es de pre os as condi es atmosf ricas as necessidades e as prefer ncias do consumidor agendando se o funcionamento das cargas com base nos pressupostos de utiliza o t pica e nas restri es operacionais J numa segunda fase este processo de optimiza o deve ser conduzido continuadamente em fun o de eventuais sinais que surjam em tempo real quer do lado da rede sistema quer do lado do consumidor e que induzam altera es no escalonamento previamente identificado Este trabalho tem ent o dois objectivos principais an lise e caracteriza o dos v rios recursos presentes no sector residencial e conceptualiza o da sua gest o integrada O atingir destes objectivos possibilitar o desenvolvimento futuro de algoritmos que permitir o efectivar essa gest o optimizada dos recursos e que afectar o o diagrama de carga di rio t pico com vantagens esperadas para os consumidores e para os operadores Neste trabalho ainda efectuada a categoriza o das cargas de acordo com o seu poss vel grau de controlo sendo desenvolvido um simulador que permite observar os impactos do controlo das cargas no diagrama de carga Abordam se tamb m as caracter sticas t cnicas relativas aos sistemas de armazenamento contextualiza se devidamente a quest o da Utiliza o Racional de Energia e apresenta se de forma sucinta os actuais conceitos de Smart Appliances e Smart Grids Esta abordagem permitir o estabele
108. riza o das cargas de acordo com o grau de controlo que permitem e que se espera ser o mais usado e com o seu consumo de electricidade anual eeesceeeseeeeeteeeenteeees 79 Figura 71 Consumo de electricidade em Portugal Continental 97 81 Figura A 1 Simulador desenvolvido no Excel tabela respeitante aos dados de entrada c Figura A 2 Consumos por tipo de cargas e consumo total com 0 de ades o ao sistema de Figura A 5 Consumo m dio por habita o sem e com sistema de gest o e factura relativa a ESSE CONSUMO ue EA LASE EA AS E I OAI OSEERE OESE EEAS EE E O A ASES EAA ASE E Peddie tate des i vi ndice de Tabelas Tabela 1 Tabela 2 Tabela 3 Tabela 4 Tabela 5 Tabela 6 Tabela 7 Tabela 8 Descri o das estrat gias de controlo de cargas 14 8 Programas de load response 11 qse qussasferagntas qua cafeio TRAC ah cnaaSueedeensGeceacdoacesniceaeeats 14 Programas de price response 11 stent a aiataia apra grassa Cosguradta dotada capas cena t ea ranattadia 15 Caracter sticas de algumas das baterias 52 pas e a a 43 DEEI EA ERA 02 EEEE E E E E a E E A 51 Tipos de ac o poss veis com os Smart Appliances e respectivas janelas de tempo an GS ts cause a De a a RE a N A caste er RE DER NR 62 Produ o de electricidade e factores de que depende snnssenssessseseesseesseesseesseesssesssres 72 Benef cios potenciais da Energy BOX actas ieavcccssdsnuicesanescevslasseagsaesavee
109. rmalmente dimensionadas para cobrirem anualmente cerca de 50 a 80 das necessidades de aquecimento de gua devendo a diferen a ser fornecida por um sistema de apoio convencional A instala o do sistema de apoio feito no topo do tanque de armazenamento no caso do backup el ctrico O correcto dimensionamento do volume do tanque de armazenamento deve considerar a cobertura de 1 5 a 2 vezes a quantidade de gua quente di ria utilizada devendo o seu volume ser de 50 a 70 litros por pessoa O sistema deve ser dimensionado considerando alguns valores t picos para estimar o consumo de gua quente Tabela 5 Tabela 5 Valores t picos 63 Fun o Litros necess rios Lavagem de m os 40 C 3 Duche 40 C 35 Banho de imers o 40 C 120 Limpeza 3 Cozinhar 2 Lavagem de loi a 50 C 20 M quina de lavar roupa 50 C 30 6 1 2 1 Liga o de m quinas de lavar roupa lou a Como j foi referido no Cap tulo 4 1 a maior parte da energia consumida nas m quinas de lavar para aquecimento da gua A possibilidade de diminuir o consumo dessa energia traz vantagens para o consumidor Existem m quinas que j est o preparadas para serem ligadas directamente a um sistema solar enquanto que outras necessitam de uma unidade de controlo para regular o alimentador de gua quente e fria de acordo com o programa escolhido 51 6 2 Energia E lica A energia e lica apresenta um car cter vari vel 15 64 tendo por isso car
110. rmazenamento de energia A crescente preocupa o com o impacto ambiental do recurso aos combust veis f sseis a instabilidade em termos de oferta e a volatilidades dos pre os bem como a procura acentuada desses recursos tem estimulado muito a aposta nas energias alternativas renov veis N o sendo por enquanto t cnica e economicamente poss vel armazenar grandes quantidades de energia el ctrica al m de manter de forma cont nua o equil brio entre produ o e consumo nos SEE necess rio adequar continuamente a capacidade do sistema procura o que parte das vezes corresponde a um planeamento com incremento cont nuo de capacidade Isto leva a que o SEE tenha que estar em termos de capacidade adaptado ao pico da procura ainda que esse pico ocorra apenas durante um curto per odo de tempo estando ent o essa capacidade subaproveitada boa parte do tempo Uma forma de reduzir a necessidade de incremento da capacidade do sistema atrav s da utiliza o de contribui es do lado da procura que permitam reduzir a taxa de crescimento da ponta de procura Al m destes est mulos relacionados com a opera o eficiente dos SEE tem se assistido tamb m a esfor os que visam a introdu o de altera es significativas no sector dos transportes relacionadas com a propuls o dos ve culos nomeadamente com a aposta nos ve culos h bridos plug in e el ctricos As tecnologias de armazenamento de energia sejam sistemas dedicados ou fazendo
111. s cargas precisamente as horas a que a m quina deve terminar o seu ciclo e da parte dos fabricantes algum tipo de sistema contra inunda es ou de alarme nessas situa es No ciclo de funcionamento de uma m quina de lavar roupa a electricidade consumida est associada s ac es mec nicas rota o do tambor enxaguamento bombas de circula o da gua e ac o t rmica para aquecimento da gua por resist ncia el ctrica que constitui 80 90 do consumo total de energia de um ciclo de lavagem Tamb m o programa e a temperatura de lavagem escolhidos influenciam o consumo de energia conforme se pode ver na Figura 17 23 8 E Pot ncia W 3 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 Minutos Figura 17 Ciclo t pico de uma m quina de lavar roupa 22 Apesar de j existirem equipamentos com a possibilidade de serem alimentadas com gua quente proveniente de outros sistemas de aquecimento por exemplo sistema solar t rmico permitindo a redu o significativa do consumo de energia el ctrica ainda n o s o usados em grande escala A Figura 18 permite a identifica o dos per odos do dia em que estas cargas mais contribuem para o consumo Cruzando essa informa o com a estrutura do diagrama de carga hor rio apresentado na Figura 12 poss vel antever para quando o seu funcionamento pode ser reagendado de modo a n o contribuir para os picos de consumo Pot nc e 8 6 amp
112. s cargas e Estado dos sistemas de armazenamento e Estado dos sistemas de armazenamento Caracteriza o 3 N fi Recursos do lado da oferta q Recursos do lado da procura Ne A e Energia da rede e Consumo verificado e Energia proveniente dos sistemas de microgera o e Sistemas de armazenamento dispon veis para e Sistemas de armazenamento dispon veis para carregamento fornecimento Reformulando decis es Recebendo como inputa caso exista um sinal de previs o do pre o do kWh emerg ncia x Considerando a Pot ncia Contratada Pa Assumindo que a energia de modo a que n o seja ultrapassada ae a Bia da rede est sempre gt Pe Pa dispon vel Decis es l Ligar Desligar Desvio de Reparametriza o Armazenamento gt Venda o Cargas J cargas J A de cargas Consumo de energia Armazenamento da rede Consumo de energia a proveniente dos sistemas de microgera o PZ No Figura 68 Aspectos a considerar para o desenvolvimento dos algoritmos A caracteriza o dos recursos energ ticos dispon veis podem ser divididos em recursos do lado da oferta e da procura Do lado da oferta existem e sinais que servem como inputs o o pre o do kWh o pedidos para diminui o da procura o sinais de emerg ncia que implicam o desligar de cargas de modo automatizado e informa es relativas energia da rede e dos sistemas de microprodu o 15 e os sistemas d
113. s horaim s 287 69 218 Soma kWatts hora ano 3488 840 2648 pre o KW hore 0 0778 0 1448 Euros dia 0 179 1 050 vara Citi TOTAL mensal Factura mensal Consumidor com sistema de gest o 199 Ilumina o o 1050 546 377 26 22 1 20 8 15 6 23 4 35 1 40 3 200 Frigor ficos 2 2029 78 21 99 935 99 935 99 935 99 935 99 935 99 935 99 935 78 21 201 Audiovisuais o 1071 58 59 39 06 34 41 29 76 26 97 25 11 25 11 28 83 30 69 202 Arcas congeladoras 2 934 3 46 46 46 46 46 46 46 36 203 M g lavar roupa 3 186 O 3139714286 28 06714286 2473714286 2473714286 2473714286 2473714286 28 06714286 0 204 M q lavar lou a 3 191 0 31 71428571 29 49428571 25 05428571 2727428571 2505428571 2505428571 27 27428571 o 205 Mag secar roupa 3 193 0 26 688 26 688 30 024 26 688 26 688 26 688 30 024 0 206 Inform tica o 862 40 5 39 15 27 24 975 22 95 24 3 2a 975 25 65 27 207 AQS el ctrico 1 433 13 14276923 _3 650769231 2 190461538 1 460307692 3 650769231 7 301538462 1460307692 2190461538 4205686154 208 Ar Condicionado 1 27 o o o o o o o o o 209 Outros 1 2451 153 9569231 125 2435165 124 1238242 112053978 1021492308 1070698901 9459692308 7852395604 57 7272967 44 M dia por habita o Total Vv c Ilumina o 1050 181 870 Frigor ficos 2029 700 1330 Audiovisuais 1071 209 862 Arc
114. s in Europe s l Remodece 2005 2006 83 27 Martiskainen M Affecting Consumer Behaviour on Energy Demand Final report to EdF Energy SPRU Science and Technology Policy Research University of Sussex Brighton s n March 2007 28 Carroll E Hatton E e Brown M Residential Energy Use Behavior Change Pilot s l Franklin Energy April 20 2009 29 EDP Distribuicao EDP Diagramas de carga no sector dom stico 2002 30 Timpe C Smart Domestic Appliances supporting the System Integration of Renewable Energy s l Smart A Intelligent Energy Europe 31 Caracteriza o dos Consumos no Sector Residencial Jorge Humberto Coimbra s n 2010 Workshop sobre Consumos de energia nos modos standby e desligado 32 Kupzog F e Roesener C A closer Look on Load Management 5th IEEE International Conference on Industrial Informatics 2007 pp 1151 1156 33 Lui T J Stirling W e Marcy H O Get Smart IEEE Power amp Energy Magazine May June 2010 34 Xu Z Togeby M l e Ostergaard J Demand as Frequency Controlled Reserve September 2008 35 Stamminger R Synergy Potential of Smart Appliances D2 3 of WP 2 from the Smart A project November 2008 36 Directiva 2010 31 UE do Parlamento Europeu e do Conselho 19 Maio 2010 37 Aguiar R e Santos F D MISP Energia e Emiss es de Gases com Efeito de Estufa Um Exerc cio de Prospectiva para Portugal at 2070 Projecto MISP Climate Change
115. secador maquina de lavar arca frigor fico Aquecimento ambiente Arrefecimento ambiente O 10 20 30 40 50 60 70 BOM 90 100 dados de 1997 22 dados de 2005 26 Figura 10 Taxa de posse dos equipamentos A reparti o dos consumos apresentados na Figura 9 tem vindo a alterar se ao longo do tempo devido e maior presen a de equipamentos el ctricos e introdu o de novos equipamentos sistemas de ar condicionado m quinas de lavar e secar equipamento inform tico e audiovisual etc e duplica o de equipamentos com o mesmo fim televis es equipamentos de frio Conv m ainda assinalar que durante grande parte de tempo o consumo de energia no sector residencial baseado em rotinas e h bitos sendo de certa forma pouco percept vel o consumo em termos de quantidade f sica de energia el ctrica 27 O perfil de utiliza o de energia el ctrica por parte do consumidor residencial depende de simples comportamentos tais como e o ligar e desligar de luzes quando se sai de uma divis o e o desligar das televis es e outros aparelhos em vez do recurso ao standby e o h bito de ligar a televis o s para companhia e o ajuste da temperatura nos aparelhos de aquecimento arrefecimento e o modo de utiliza o das m quinas de lavar e secar e a dura o dos banhos com implica o na energia gasta para aquecer a gua e o desligar de carregadores de pilhas te
116. segurem a mudan a e a manuten o duradoura dos novos comportamentos 80 e compreender as motiva es subjacentes a determinados comportamentos Figura 64 Condi es s cio econ micas rendimentos Comportamentos Maior menor in rcia na altera o de comportamentos Consumo de energia no sector residencial Sensibilidade para as quest es ambientais Tipo de feedback factura mensal d bito directo etc Cargas presentes na habita o Figura 64 Factores que motivam comportamentos 81 Os comportamentos energeticamente mais eficientes t m ent o mais hip tese de serem adoptados se e mostrarem claramente que n o h degrada o da qualidade de vida nem do conforto 82 e se traduzirem na diminui o da factura de energia el ctrica 83 84 e a informa o promovida for clara e de certa forma personalizada sensibilizando o consumidor para o impacto do seu consumo 85 e os novos comportamentos forem f ceis de adoptar contribuindo os sistemas de gest o autom ticos para a minimiza o da influ ncia deste factor V rios estudos desenvolvidos mostram que o recurso a um feedback regular e directo com a informa o do consumo verificado dos custos associados e dos impactos ambientais tem 66 uma maior influ ncia na altera o dos comportamentos e indicam poupan as de energia na ordem dos 5 20 27 86 87 O uso de sistemas de
117. sistema de ar condicionado e termoacumuladores 33 4 3 Impacto do controlo de cargas O Simulador desenvolvido no Excel Anexo A permite a introdu o de dados relativos ao n mero de habita es s horas de cheio e de vazio taxa de posse de diversos equipamentos respectivos consumos e sua classifica o no que diz respeito ao grau de controlo e taxa de ades o ao sistema de gest o de recursos De acordo com as informa es introduzidas e que est o dispon veis no ficheiro Ana Soares 2010166266 2011 a pdf poss vel ver o impacto no diagrama de carga di rio Figura 32 e verificar que a poupan a estimada para o consumidor m dio ronda os 5 Ades o 0 Ades o 100 Pot ncia w 2E 09 2E 09 1 75E 09 1 75E 09 1 5E 09 1 5E 09 1 25E 09 1 25E 09 1E 09 1E 09 750000000 750000000 500000000 Rm 500000000 250000000 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 Horas 250000000 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 Horas Frigorificos BArcas congeladoras E M q lavar roupa E M q lavar lou a E M q secar roupa o Inform tica E Audiovisuais DB Ilumina o m AQS el ctrico m Ar Condicionado Outros Figura 32 Impacto no diagrama de carga di rio de acordo com os dados de entrada para diferentes n veis de ades o dos consumidores s ac es de controlo 34 5 A
118. sligar desviar reparametrizar n o controlar Total Rede Nacional de Transporte 2000 Tv M q Secar Roupa a Frigorifico Aspirador m Maq Lavar Loi a Arca congeladora Equeerentos de fno Maquina de lavar lou a D Conjunto inform tico Biluminagso Pot ncia MW 6557 MW 2545 MW horas Fomo Fero a Termoacumulador Fog o Aquecedor Outros Mag Lavar Roupa a Ar Condicionado Maqura de bear roupa B Maquina de secar roupa MConjr o audiovisual O Oras aplica es 123 45 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 Horas Figura 12 Estrutura do diagrama de carga hor rio no sector residencial desagregado segundo a EDP 2002 e a DGGE 2004 29 22 Neste cap tulo ser o caracterizadas as cargas que mais se adequam a ac es de desvio ou que pelas suas caracter sticas podem ser de algum modo controladas de modo autom tico n o havendo por isso uma caracteriza o exaustiva de todas as cargas usadas neste sector S o no entanto tamb m referidos os conjuntos audiovisuais e inform ticos devido ao consumo em standby que apresentam 20 4 1 1 Termoacumuladores Neste subcap tulo ser o abordados os termoacumuladores el ctricos que de acordo com alguns estudos podem ser vistos como um recurso control vel encontrando se os sistemas que possuem maior possibilidade de serem interrompidos 5 30 Esta versatilidade prende se com uma
119. striais 14 Programa Programas Emerg ncia Programas Econ micos Pre os tempo real de de Tabela 3 Programas de price response 11 Descri o Consumidores alvo grandes clientes comerciais e industriais Aplicabilidade geralmente aplicados em situa es de emerg ncias por exemplo quest o da fiabilidade do sistema Contra partidas monet rias pagamento vari vel baseado no pre o marginal ou um elevado pagamento m nimo pagamento fixo pela participa o Consumidores alvo grandes clientes comerciais e industriais Operacionalidade os consumidores podem ter um pre o j proposto ou ent o oferecer redu es de carga dependendo dos pre os do dia seguinte existe tamb m essa possibilidade para o pr prio dia podendo no entanto a entidade gestora aceitar ou n o a redu o de carga proposta Contra partidas monet rias os participantes podem exigir um n mero m nimo de horas de opera o e receber custos de arranque aos participantes espor dicos pode ser paga uma compensa o m nimo custo marginal m ximo valor da factura mensal Consumidores alvo clientes comerciais e industriais com a possibilidade de reduzir ou comutar cargas Operacionalidade os sistemas de medi o avan ados possibilitam a consulta do consumo de energia em tempo real e dos pre os para o dia seguinte permitindo aos gestores dos sistemas a altera o ou manuten o das opera es planeadas
120. tados poss veis de opera o e na rapidez de passagem de um estado para o outro o active durante o envio ou recep o de dados o sleep nas outras situa es e nas diferentes topologias poss veis e no suporte de duas classes de dispositivos o FFD Full Function Device pode funcionar qualquer que seja a topologia da rede tendo como fun o a de coordenador o RFD Reduced Function Device limitado a uma configura o com topologia em estrela n o podendo actuar como coordenador de rede 91 nos tr s tipos de dispositivos l gicos 70 o coordinator forma a rede e atribui endere os existe um por rede o router aumenta o alcance f sico da rede e permite que mais n s fa am parte da rede pode ter tamb m fun o de controlo e ou monitoriza o n o obrigat ria a sua exist ncia o endpoint efectua ac o de controlo ou monitoriza o atrav s do dispositivo que lhe est associado sensor controlador etc e na exist ncia de dois modos de opera o o beaconing os n s ZigBee Routers transmitem aos outros n s periodicamente sinaliza o beacons a confirmar a sua presen a sendo apenas necess rio a esses n s estarem activos durante o momento de sinaliza o o non beaconing a maioria dos dispositivos mant m os seus receptores activos resultando num aumento do consumo energ tico e na possibilidade de suportar uma elevada densidade de n s por rede mais de 65 mil
121. te Cap tulo permite a classifica o de cargas em quatro categorias diferentes de acordo com a possibilidade de controlo do seu funcionamento e cargas cujo funcionamento pode ser desviado para outros per odos hor rios o m quinas de lavar e secar o seu funcionamento pode ser adiado ou antecipado dentro de uma determinada janela temporal 30 o equipamento de aquecimento el ctrico de gua e cargas que podem ser reparametrizadas modificando a temperatura a atingir alterando desse modo o seu consumo o sistemas de ar condicionado termoacumuladores e frio alimentar pode ser reajustada a temperatura de modo a consumir mais ou menos energia num dado per odo de tempo de acordo com o que se preveja que possa acontecer no futuro pr ximo per odo de maior ou menor procura e cargas que podem ser interrompidas o sistemas de ar condicionado termoacumuladores e frio alimentar sistemas cujo funcionamento pode ser interrompido por um determinado per odo de tempo e cargas n o control veis o equipamento audiovisual e inform tico o ilumina o o outro tipo de equipamentos torradeiras batedeiras etc Como exemplo apresenta se o caso de um dado consumidor residencial para um determinado dia da semana sendo que na Figura 28 est o consumo desagregado de cada equipamento e na Figura 29 o consumo agregado Assumindo que este consumidor estaria disposto a permitir o desvio de alguns dos seus equipamentos m quinas de
122. te do servi o Interrup o do servi o Tabela 2 Programas de load response 11 Descri o Consumidores eleg veis residenciais e pequenos comerciais servi os Equipamentos a controlar climatiza o e de AQS Modo de controlo dispositivos que actuam directamente sobre as cargas podem ser usados term statos Consumidores eleg veis grandes consumidores comerciais e industriais Equipamentos a controlar ar condicionado ventila o aquecimento e arrefecimento de processos opera es de compress o e tritura o ilumina o n o essencial etc Modo de controlo aviso com uma anteced ncia de 30 minutos a 2 horas Consumidores eleg veis geralmente consumidores industriais que podem ter o seu consumo interrompido Mercado onde se negoceia a energia el ctrica para entrega imediata em contraste com os mercados onde se negoceia para entrega futura 14 Equipamentos a controlar grande quantidade de carga para interrup o Modo de controlo sendo a participa o obrigat ria pode ser exigida a qualquer altura a interrup o do consumo 3 1 2 Price Response Por seu lado os programas de price response dependem de ac es volunt rias levadas a cabo pelos consumidores em fun o de sinais econ micos por exemplo pre os vari veis no tempo Em concreto pode se assinalar as tarifas bi tri tetra hor rias e os pre os em tempo real para alguns clientes comerciais e indu
123. tendo algumas delas j sido consideradas no cap tulo 4 1 de acordo com o conceito de Smart Appliances dois tipos de ac es s o poss veis Tabela 6 1 o agendamento a hora a que se pretende que o ciclo esteja terminado como por exemplo a hora a que o consumidor regressa a casa cabendo ao algoritmo optimizar dentro desse intervalo de tempo a melhor hora para iniciar o ciclo que pode ser no limite o estritamente necess rio para acabar hora pretendida ou outra hora de acordo com base nos sinais de pre o 2 a interrup o do ciclo por um determinado per odo de tempo obedecendo a certas restri es a manuten o da qualidade do servi o por exemplo n o permitir que os alimentos armazenados no frigor fico se estraguem ou os da arca descongelem b o evitar de perdas energia desperdi ada para aquecer a gua num termoacumulador ou para aquecer uma determinada divis o 30 Tabela 6 Tipos de ac o poss veis com os Smart Appliances e respectivas janelas de tempo 30 Antecipa o ou adiamento da Interrupgdes entrada em servi o M quina de lavar roupa 3 6 horas 15 min M quina de secar roupa 3 6 horas 30 min M quina de lavar lou a 3 8 horas 15 min Frigor fico Combinado 30 min 15 min Arca congeladora 30 min 15 min O controlo ser feito individualmente em cada carga cabendo ao consumidor optar pelo 1 modo autom tico em que o funcionamento decidido pelo controlador interno 2 modo semi autom
124. tes de produ o locais No mbito dos programas de Demand Response surgem os programas de controlo de cargas ou limitadores de procura que t m como objectivo alterar os padr es de consumo dos consumidores recorrendo geralmente a solu es tecnol gicas Estas solu es podem incluir sistemas de controlo interruptores hor rios ou qualquer outro tipo de hardware que permita a modifica o do consumo sem necessidade da interven o do consumidor Inicialmente recorria se aos programas de controlo de carga em situa es de emerg ncia 20 enquanto que com o passar do tempo a aten o se foi concentrando tamb m numa utiliza o mais flex vel dos recursos do lado da procura O modo de implementa o destes programas a selec o das cargas a controlar o estabelecimento de modelos adequados e das estrat gias de controlo t m estado na base de 11 v rios estudos 21 23 A avalia o dos impactos dos programas de controlo de cargas tem revelado particular import ncia uma vez que permite a identifica o de eventuais falhas na implementa o das medidas para al m da verifica o dos custos associados A participa o activa do consumidor em programas de gest o do lado da procura seja em resposta a sinais de pre os esquemas tarif rios mais detalhados incentivos diversos ou a uma maior sensibiliza o ou sentido de responsabilidade por parte do consumidor t m ultimamente tido grande desenvolvimento Tipicamente este tip
125. tral termoventiladores e sistemas de ar condicionado Os sistemas de ar condicionado t m tido uma taxa de penetra o crescente nos ltimos anos tendo atingido uma taxa de posse de 20 em 2005 em Portugal A elevada penetra o destes sistemas nos pa ses da Uni o Europeia levou ao desenvolvimento de uma Directiva com o objectivo de estabelecer n veis m nimos de efici ncia energ tica 36 Um factor muito importante nos equipamentos de climatiza o a sua adequada regula o com o objectivo de manter a temperatura da zona em quest o relativamente est vel independentemente das condi es exteriores e respeitando ao m ximo as prefer ncias do consumidor 28 Na Figura 25 apresenta se como exemplo o consumo de um sistema de ar condicionado convencional usado para manter a temperatura em torno dos 25 C Esta figura apresenta n o s os valores medidos mas tamb m simula es uma vez que o objectivo do trabalho em quest o era a implementa o de modelos fisicamente baseados e a aplica o de programas de controlo directo a essas cargas 38 Nos sistemas de ar condicionado convencionais grande parte da energia usada no ciclo de refrigera o para comprimir o fluido refrigerante sendo nesta etapa o calor transferido para o exterior 39 Nos sistemas de ar condicionado do tipo inverter o consumo de energia mais baixo uma vez que a velocidade do compressor regulada abrandando o seu funcionamento quando se atinge a
126. tricos 52 Figura 42 Reparti o da capacidade instalada MW dados do PNAER 56 Figura 43 Vagas de desenvolvimento da Pol tica de Renov veis em Portugal 57 Figura 44 Contribui o do saldo importador e das v rias tecnologias para o consumo de energia el ctrica em Port gal 38 tesisinin tistute a ocine nsien qua nado Figura 45 Produ o de electricidade de origem renov vel em Portugal com e sem correc o de hidraulicidade 1999 2009 58 spas ara e pa SS O a ad Figura 46 Quota de energias renov veis na produ o de energia el ctrica por tecnologia em Portugal com correc o de hidraulicidade 1999 2009 58 Figura 47 Disponibilidade do recurso solar 60 61 re Figura 48 Sistema fotovoltaico aut nomo 59 e ceeeererecereracana Figura 49 Descri o da escolha do gerador fotovoltaico exemplo para uma casa de f rias BIng a E a a Saas tage 49 Figura 50 Sistema h brido 59 niinn i ae ai daa iaa 50 Figura 51 Sistema fotovoltaico ligado rede 62 59 sssssnssesssesssssesssresssesseesseeessseesseesseesseessees 50 Figura 52 Potencial e lico em Portugal 600 aa ONE ED a 52 Figura 53 Diagrama de produ o e lica e diagrama de carga 2 de Agosto de 2010 67 53 Figura 54 Produ o combinada de calor e electricidade vs produ o separada 68 54 F
127. ue depende Produ o de energia el ctrica recorrendo a Factores de que depende Energias Renov veis e disponibilidade dos recursos vari vel com e Energia solar o o per odo do dia e energia h drica o a esta o do ano e energia e lica Cogera o e actividade produtiva ee e custos Combust veis f sseis o do combust vel e G s Petr leo Carv o o das licen as de emiss o de CO2 e a capacidade de armazenamento limitada e a necessidade de conhecer a concorr ncia a n vel da produ o de modo a o optimizar ganhos imediatos o optimizar a qualidade de servi o o optimizar os ganhos a longo prazo com a obten o de uma maior quota de mercado Do lado da rede de transporte existe a necessidade de e diminuir os custos e aumentar as receitas com o um dimensionamento adequado da rede e diminui o das perdas e aumentar a fiabilidade da rede diminuindo os custos de manuten o Outra perspectiva a dos comercializadores e fornecedores e engloba a necessidade de e gerir o seu universo de clientes fazendo sobressair o a qualidade do servi o prestado 72 o a sua diferen a na pol tica de pre os o a exist ncia de servi os de energia que podem atrair novos clientes e reter os actuais recorrer procura e usar a contribui o das v rias cargas para manter o equil brio oferta procura atrav s de o pol ticas de pre os para induzir altera es na controlar a procura outros incentivos para o armaz
128. uer quando apresentar vantagens econ micas quer quando ocorram interrup es na rede Os sistemas de armazenamento surgem neste contexto como importantes ferramentas que permitem e contribuir para o alisamento do diagrama de carga com todos os benef cios associados capacidade perdas gest o do sistema custos fiabilidade e gerir o desfasamento entre a disponibilidade de algumas fontes alternativas e a procura e lidar com a variabilidade de algumas fontes 43 e a gest o econ mica de recursos possibilitando a diminui o da depend ncia externa e minimizando os impactos da volatilidade dos pre os dos combust veis f sseis trazendo ent o benef cios financeiros e t cnicos quer para o consumidor quer do ponto de vista do sistema e contribuindo tamb m para e assegurar a fiabilidade do sistema de energia el ctrica e minimizar a necessidade de investir em novas centrais quando aliados a sistemas de gest o que permitam controlar a procura 44 6 Energias Renov veis e Microprodu o As preocupa es com as emiss es de GEE e com a necessidade de encontrar fontes alternativas para a produ o de energia el ctrica tem dado origem a v rias apostas tanto na energia e lica como na solar Figura 42 e Figura 43 5 156 Hidrica W Geotermia Solar Ondas Mar s E lica E Biomassa N i E Hidrica W Geotermia Solr E Ondas Mar s E lica E Biomassa A 2001 2010 Capacidade Instalada Total
129. up o como de reparametriza o recorrendo para tal aos term statos No 29 entanto a reparametriza o traz um maior conforto t rmico para o consumidor que em geral n o se aperceber das pequenas varia es da temperatura Os programas de controlo directo de sistemas de ar condicionado s o uma realidade e permitem a minimiza o da ponta do diagrama mantendo o conforto t rmico dos consumidores 34 41 4 1 9 Term statos inteligentes Os term statos determinam o funcionamento dos equipamentos de ar condicionado e de frio assegurando o conforto t rmico no primeiro caso e a conserva o dos alimentos no segunda caso O term stato modelado atrav s de uma temperatura desejada para o flu do T s e uma banda morta AT nos dois lados de Ts Assim sendo quando o sistema de ar condicionado est ligado desligado continua nesse estado at atingir Ts AT Figura 27 Estado ON OFF A para wt gt wt2 o do term stato term stato est sempre ON ON OFF gt Energia t rmica wt wtl wt2 Figura 27 Modelo do term stato de um AC 42 A possibilidade de alterar a parametriza o dos term statos em sistemas de ar condicionado de acordo por exemplo com o pre o do kWh 43 permite a diminui o do consumo de energia el ctrica Esta altera o poss vel com os chamados term statos inteligentes 4 2 Classifica o das cargas A caracteriza o efectuada previamente nes
130. veis Essa percentagem foi calculada recorrendo aos dados da DGGE e ao consumo anual de electricidade desagregado verificado no sector residencial 22 e obedecendo categoriza o estabelecida no Cap tulo 4 2 Figura 69 Distribui o das cargas por categorias tamb m poss vel fazer a categoriza o das cargas considerando o grau de controlo que possibilitam e que se espera ser o mais t pico e o consumo de electricidade anual que representam Na Figura 70 em que est no eixo das ordenadas o grau de controlo a cheio o controlo t pico esperado e a tracejado o que tamb m poss vel mas menos esperado e no eixo das abcissas o consumo anual das cargas encontra se essa representa o das cargas e no primeiro quadrante est o representadas as cargas que possuem um maior consumo de energia anual e cujo funcionamento pode ser o interrompido frigor ficos combinados o ou reparametrizado aquecimento ambiente e no segundo quadrante est o as cargas que n o apresentam um consumo t o elevado mas cujo funcionamento pode ser o reagendado dentro de um determinado per odo de tempo m quinas de lavar e secar o interrompido congelador o reparametrizado AQS el ctrico e arrefecimento ambiente 78 e no terceiro quadrante est o as cargas que n o podem ser controladas mas cujo consumo anual global abaixo dos 1500 GWh e no quarto quadrante estariam apresentadas as cargas que possuem um consumo superior a 1
131. vio uma vez que um dos principais objectivos por parte dos consumidores ter a lou a lavada e seca a uma determinada hora n o havendo por isso necessidade de p r as m quinas a lavar imediatamente ap s o t rmino das refei es 25 No entanto do ponto de vista pr tico nem sempre este desvio poss vel para durante a madrugada dado que alguns consumidores se referem ao desconforto causado pelo ru do e ainda a poss veis avarias que podem ocorrer provocando inunda es que nestes casos s seria detectada na manh seguinte 35 36 160 120 o 123 4 5 6 7 amp 9 10411121314 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 Horas Figura 21 Diagrama de carga m dio das m quinas de lavar lou a 22 Do ponto de vista de funcionamento a electricidade principalmente usada pela resist ncia el ctrica que permite o aquecimento da gua e na secagem da lou a representando estes ciclos mais de 80 do consumo total Assim teoricamente para al m do potencial elevado de reagendamento desta carga h ainda a possibilidade de interrup o do ciclo de funcionamento e poupan as energ ticas significativas De acordo com a Figura 22 se a interrup o do ciclo se der durante a secagem da lou a e se houver uma margem de tempo suficiente para assegurar que a lou a se encontra seca hora que o consumidor pretende ent o n o existe transtorno para o consumidor 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 Tempo
132. vit los ou de um sistema de gest o global do lado da utility que seja dotado de intelig ncia para efectuar uma an lise e proceder ao controlo das cargas dentro do per odo de tempo previamente agendado 30 Deste modo o conceito de Smart Appliances defende que imediatamente ap s o per odo de redu o do consumo pode n o se seguir o per odo de recupera o conforme se pode observar na Figura 62 onde e a diferen a de consumo entre o caso de funcionamento normal sem influ ncia de qualquer tipo de controlador e o caso em que se recorre a um controlador interno para gerir o funcionamento dos equipamentos representada por p e a dura o do per odo de redu o de carga Atl e a dura o do per odo de recupera o FxAtl e o factor F corresponde redu o ou ao aumento do per odo de recupera o quando comparado com Atl e o factor E representa as eventuais perdas de energia entre a redu o de carga e a sua posterior recupera o Assim durante o per odo de recupera o o consumo de energia pode ser igual ou superior ao verificado aquando da redu o 63 Energy demand Watts Figura 62 Descri o esquem tica de ac es sobre cargas no sector residencial 30 8 2 Dificuldades da implementa o pr tica do conceito As principais barreiras associadas implementa o pr tica deste conceito est o e nos consumidores o em permitir o controlo autom tico dos seus equipamentos sem a

Download Pdf Manuals

Related Search

Related Contents

OM, K760,K760 Rescue, 2013-05  可変オリフィス式 ILVA 型 流量計 施工・保守点検要領書  INSECTES CHOC POLYVALENT Prêt à l`emploi  アクションチェァAc一25 (収納袋付) 取扱説明書  I&O Manual - Tuthill Pump  DRV220DB・320DB・422DB・422FB 220DC・320DC  Siemens 2NC9 User's Manual  

Copyright © All rights reserved. Failed to retrieve file